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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.41.2012.tde-17122012-145930
Document
Author
Full name
Paula Alves Condé
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2012
Supervisor
Committee
Prado, Paulo Inácio de Knegt López de (President)
Batista, João Luis Ferreira
Hernández, Malva Isabel Medina
Title in Portuguese
Modelos teóricos de distribuição de abundância das espécies para caracterização da diversidade biológica e a utilização de diferentes medidas de abundância
Keywords in Portuguese
Amostragem
Biomassa
Distribuição de abundância das espécies
Linha de véu
Medida de abundância
Scarabaeinae
Abstract in Portuguese
As distribuições de abundância das espécies (SADs) são consideradas uma maneira informativa e sintética de descrever a diversidade biológica, e revelam um dos padrões mais bem estabelecidos da ecologia, que é a predominância de espécies raras nas comunidades biológicas. A generalidade deste padrão o torna relevante para a análise de outros parâmetros das comunidades. Além disso, ele levou ao desenvolvimento dos modelos teóricos de SAD. Os modelos estatísticos de SAD, por sua vez, passaram a ocupar um papel central na biologia, como principio empírico que sustenta várias teorias ecológicas. Preston sugeriu em 1948 que as SADs das comunidades naturais teriam uma distribuição aproximadamente Lognormal, porém apareciam truncadas devido ao efeito do tamanho amostral, cuja forma real só seria revelada, portanto, em amostras grandes. Esta ideia vai de encontro à propriedade estatística da consistência, que implica que o acúmulo de evidência causado pelo aumento do tamanho amostral favorece a aproximação ao modelo verdadeiro, bem como às estimativas de seus parâmetros. Além do efeito do tamanho amostral, os padrões de distribuição de abundância podem diferir dependendo da medida de abundância utilizada. Estudos sugerem que a biomassa seria uma medida de abundância mais adequada para revelar a distribuição subjacente de uma comunidade biológica em amostras ou escalas menores (differential veiling). Neste contexto, nosso objetivo principal neste trabalho foi investigar e discutir a vantagem de considerarmos a biomassa como medida de abundância nos modelos teóricos de distribuição de abundância das espécies. Avaliamos, então, o efeito do tamanho da amostra sobre a qualidade dos ajustes dos modelos sob duas diferentes medidas de abundância: biomassa e número de indivíduos. Simulamos amostras de diferentes tamanhos a partir de amostragens aleatórias de uma base de dados empírica e as ajustamos a diferentes modelos de SADs . Com isso, pudemos avaliar a eficiência das amostras - com cada medida de abundância - em revelar o modelo correto, bem como a acurácia e precisão das estimativas dos parâmetros desses modelos. Para o presente estudo, utilizamos um grupo com reconhecido potencial indicador e relevância para estudos ecológicos, os besouros Scarabaeinae. Os resultados encontrados neste estudo mostram que a maior eficiência da biomassa para revelar a distribuição subjacente não é tão geral quanto sugerem os trabalhos anteriores Os critérios de análise utilizados não favoreceram consistentemente a biomassa como medida mais eficiente em revelar o modelo correto e apresentar maior acurácia e precisão nas estimativas de seus parâmetros. Assim, a afirmativa de que a SAD de biomassa não é oculta (veiled) em escalas e amostra menores não parece ser geral. Os resultados obtidos no presente estudo também indicam que o padrão de differential veiling entre as SADs de biomassa e número de indivíduos podem variar dependendo da escolha do modelo e do conjunto de dados avaliados. No entanto, se a causa do differential veiling entre as SADs de biomassa e número de indivíduos for principalmente devido ao efeito de escala, uma explicação alternativa é que a escala do presente estudo teria que ser ampliada para podermos demonstrá-lo. Considerando então, os efeitos de amostragem apontados pelos nossos resultados sobre a medida de diversidade, destacamos que, apesar da importância do assunto, há uma escassez de estudos que investiguem o uso da biomassa como medida de abundância nas SADs, cujas implicações de diferentes efeitos sobre esta medida destacam a necessidade de estudos adicionais que possibilitem isolar o efeito de escala do efeito de tamanho amostral
Title in English
Theoretical models of species abundance distribution to characterize the biological diversity and the use of different measures of abundance
Keywords in English
Biomass
Measure of abundance
Sampling
Scarabaeinae
Species abundance distributions
Veil line
Abstract in English
The species abundance distributions (SADs) are considered an informative way to describe the biological diversity revealling one of the most wellestablished patterns in ecology: the predominance of rare species in biological communities. The generality of such pattern made it relevant to the analysis of other biodiversity parameters an to induce the development of theoretical models of SAD. On the other hand statistical models of SAD occupied a central role in biology as an empirical principle that underlies many ecological theories. Preston suggested in 1948 that SADs follow an approximately lognormal distribution, but that may appear truncated by the effect of sample size, being completely revealed only in large samples. This idea is associated with the statistical property of consistency, which implies that the accumulation of evidence - represented by the increase in sample size - approaches the samples distribution to the true model, as well as the estimates of the parameters to their real values. Beyond the effect of sample size, the SADs may differ depending on the measure of abundance adopted. Studies suggest that biomass could be a more efficient measure of abundance to reveal the underlying distribution of biological communities in smaller samples or scales (differential veiling). In this context, our aim in this study was to investigate and discuss the advantage of considering biomass in theoretical models of SAD. Thus we evaluated the effect of sample size on the quality of models fitness under two different measures of species abundance: biomass and number of individuals. We simulated samples of different sizes taken from an empirical database of Scarabaeinae beetles - recognized as a potential and relevant indicator in ecological studies. Further we adjusted the simulated samples to different SAD models and evaluated the efficiency of each kind of abundance index to reveal the correct model, as well as the accuracy and precision of the parameters estimates. Our results show that the efficiency of biomass to reveal the underlying distribution is not as general as suggested by previous works. According to our analysis criteria, biomass was not consistently as far more efficient in revealing the correct model or in providing greater accuracy and precision in parameters estimates than the number of individuals. Thus, the statement that the SAD biomass is not veiled on small scales or samples does not seem to be general. Moreover our results also indicate that the effect of differential veiling on SADs using biomass and number of individuals depends on the choice of the evaluated model and data set. However, if the cause of the differential veiling - between the biomass and number of individuals SADs - is mainly due to scale effects. An alternative explanation is that the scale of this study was not wide enough to show it. Considering the sampling effects studied here in biodiversity evaluation we highlight the lack of studies investigating the use of biomass as a measure of abundance in SADs which the implications of different effects on this measure indicate the urgent call by further studies on this subject, enablying us to isolate the effect of scale from the sample size
 
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Paula_Conde.pdf (2.76 Mbytes)
Publishing Date
2013-01-30
 
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  • Prêmio melhor dissertação de mestrado Ecologia USP - Paula Condé - Programa de Ecologia USP
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