Biogeografia de ilhas marinhas através da abordagem funcional

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Florianópolis, 2020.

A riqueza de espécies tem sido amplamente abordada visando entender os padrões que estruturam as comunidades biológicas. No entanto esta abordagem oferece uma visão incompleta do funcionamento do ecossistema, já que ela assume que as espécies são equivalentes, e perdas na diversidade são raramente compreendias apenas analisando a riqueza de espécies. Considerando essa incompleta visão e o continuo declínio da biodiversidade devido as interferências humanas, abordagens que levam em consideração o papel funcional das espécies no ecossistema, são chaves para compreender os processos evolutivos e ecológicos que determinam uma comunidade. A Teoria de Biogeografia de Ilhas é comumente abordada em estudos de diversidade taxonômica, porém estudos que abordam essa teoria em relação a diversidade funcional ainda são escassos. Trabalhos que visam entender como a diversidade funcional das espécies respondem às variações ambientais são cruciais para prever os efeitos das mudanças ambientais nos atributos, e por consequência, no funcionamento dos ecossistemas. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi investigar a diversidade funcional de peixes recifais em setenta e duas ilhas oceânicas ao redor do globo que diferem em área atual, área passada, idade e no grau de isolamento. Mais especificamente, este estudo avaliou padrões nos índices funcionais de riqueza (FRic), divergência (FDiv), equitabilidade (FEve), redundância (FOR) e vulnerabilidade (FVul) das assembleias de peixes recifais nessas ilhas. Para este objetivo foi utilizado dados de ocorrência de espécies. Posteriormente cada espécie foi classificada de acordo com seus atributos biológicos para então construir um espaço multidimensional usando uma matriz de dissimilaridade de Gower e Análise de Coordenadas Principais (PCoA). Os índices funcionais (FRic, FDiv FEve, FOR e Fvul) foram estimados para cada ilha oceânica a fim de verificar sua possível relação entre estes e a área submersa atual e passada da ilha, idade e grau de isolamento através de um modelo de regressão Beta. Nossos resultados demonstraram que a área atual, isolamento e idade influenciam nos padrões de diversidade funcional de peixes recifais em ilhas oceânicas tropicais. Foi observado um efeito positivo da área aos índices FRic, FDiv e FOR, uma vez que esses índices são correlacionados a riqueza de espécies. Por outro lado, a área teve um efeito negativo no FVul e FEve. O isolamento do continente teve um efeito positivo sobre o FVul e FEve, enquanto teve um efeito negativo sobre o FOR e FRic, podendo estar relacionado a menor riqueza de espécies em ilhas mais distantes da costa. Da mesma forma, uma maior intensidade de filtros ambientais atuando ao longo do isolamento podem ter influenciado a relação positiva entre FEve e isolamento. O fator idade da ilha apresentou uma relação negativa com a FVul e positiva com FOR, possivelmente devido a ilhas antigas contarem com um maior tempo de colonização, aumentando o número de espécies dentro das entidades funcionais. A distribuição dos índices foi divergente entre os reinos biogeográficos, sendo que FRic, FDiv e FOR foram maiores nos reinos Indo-Pacífico Central, Pacífico Central e Índico Ocidental, enquanto os outros índices foram maiores nos reinos do TEP e Atlântico. Tal padrão sugere a influência do refúgio no arquipélago indo-australiano durante o período do quaternário e da proximidade atual do centro de origem das espécies de peixes recifais. Através desses resultados foi possível observar que a diversidade funcional segue um padrão semelhante a riqueza de espécies em relação à teoria de biogeografia de ilhas. Por fim, a integração da ecologia funcional na biogeografia de ilhas fornece uma melhor compreensão sobre a distribuição dos atributos biológicos em função das características do habitat.

Abstract: Species richness has been widely addressed to understand the patterns that structure biological communities. However, this approach provides an incomplete vision into ecosystem functioning, since it assumes that species are equivalent, and biodiversity loss is not completely understood through the species richness analysis. Considering this incomplete perception and the continuous decline in biodiversity due to human interference, approaches taking into account the functional species role are key to understanding the evolutionary and ecological processes that determine a community. Theory of Island Biogeography (TIB) is commonly addressed in studies of taxonomic diversity, but studies of TIB through functional diversity approach are still scarce. Studies that aim to understand how functional diversity responds to environmental changes are crucial to predict the effects of these changes on species traits, and consequently, on the ecosystems functioning. Thus, the goal of this study was to investigate the functional diversity of reef fish on seventy-two tropical oceanic islands that differ in current and past area, age and isolation of mainland. More specifically, this study aimed to evaluate the indices of functional richness (FRic), divergence (FDiv), evenness (FEve), over-redundancy (FOR) and vulnerability (FVul) of reef fish assemblage in these islands. In order to achieve that, species occurrence data was used, and each species was classified according to their biological traits to build a multidimensional space using a Gower dissimilarity matrix, and a Principal Coordinate Analysis (PCoA). Finally, the indices of FRic, FDiv, FEve, FOR and FVul were applied to each sample (i.e. oceanic islands) to verify the relationship between response variables (i.e. functional indices) and explanatory variables (i.e. current area, past area, age, and degree of isolation) through Beta regression model. Our results demonstrate that current area, isolation, and age influence patterns of functional diversity of reef fishes on tropical oceanic islands. A positive effect of area on the FRic, FDiv, and FOR indices was observed since these indices are correlated with species richness. On the other hand, the area had a negative effect on FVul and FEve. Isolation from the continent had a positive effect on FVul and FEve, while had a negative effect on FOR and FRic, which could be related to lower species richness in isolated islands. Likewise, a greater intensity of environmental filters acting along the isolation may influence the positive relationship between FEve and isolation. The island age showed a negative relationship with FVul and a positive relationship with FOR, possibly due to older islands have a longer colonization time, increasing the number of species within the functional entities. The indices distribution was divergent between the biogeographic realms, with FRic, FDiv, and FOR being higher in the Central-indo Pacific, Central Pacific, and Western Indian, while the other indices were higher in the TEP and Atlantic realms. This pattern suggests the influence of refuge in the Indo-Australian archipelago during the Quaternary period and also the closeness of the current reef fish centre of origin. Through these results, it is possible to observe that the functional diversity follows a similar pattern to species richness in relation to the Theory of Island Biogeography. Finally, integration of functional ecology in island biogeography provides a better understanding of biological traits distribution depending on the habitat characteristics.