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Repositório Institucional da Produção Científica da Marinha do Brasil (RI-MB)

Please use this identifier to cite or link to this item: https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/846411
Title: Risco de dispersão de espécies exóticas: similaridade ambiental e mudanças climáticas
Authors: Xavier, Lais Pereira D'Oliveira Naval
metadata.dc.contributor.advisor: Ricardo Coutinho
Keywords: Mudanças climáticas
Bioinvasão marinha
Inteligência artificial
DGPM knowledge areas: Biotecnologia marinha
Issue Date: 2023
Publisher: Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira (IEAPM)
Description: As mudanças climáticas e as invasões biológicas representam as maiores ameaças à biodiversidade e à estabilidade dos ecossistemas marinhos. Apesar dos esforços para reduzir a transferência de organismos, a taxa anual de novas introduções continua aumentando, sem nenhum sinal de saturação no acúmulo de espécies exóticas em escala global. Até o final do século 21, espera-se que a temperatura dos oceanos atinja níveis críticos, com possibilidade de aumento de até 3◦C acima da média global. Neste contexto, o presente estudo tem como objetivos (1) avaliar o efeito das mudanças climáticas na similaridade ambiental entre as ecoregiões marinhas do mundo (MEOW); bem como (2) desenvolver um método para identificar áreas vulneráveis à dispersão de duas espécies exóticas para a costa do Brasil: da ostra Saccostrea cuccullata e do vermetídeo Eualetes tulipa. A similaridade ambiental entre as MEOW e a probabilidade de dispersão de S. cuccullata e de E. tulipa foram avaliadas considerando um período de referências (PR) - (2000 - 2014) e dois cenários de mudanças climáticas (MC) - o RCP2.6 (cenário de pico e declínio) e o RCP8.5 (alto aquecimento). A partir de um conjunto de dados de temperatura e salinidade, um modelo linear generalizado foi utilizado para avaliar a similaridade ambiental entre as ecoregiões marinhas do mundo (PR versus RCPs 2.6 e 8.5). Posteriormente, um modelo/classificador, baseado em Random Forest (RF), foi treinado e validado a partir de registros georreferenciados das espécies alvo, com o objetivo de identificar áreas vulneráveis à possíveis eventos de dispersão dessas espécies. De acordo com os resultados, caso os cenários de mudanças climáticas se concretizarem, os polos (Ártico e Antártica), assim como as zonas temperadas do Atlântico e Pacífico (Hemisfério Norte) seriam as regiões mais propensas a sofrer com os impactos do aquecimento global. Consequentemente, o estabelecimento de espécies marinhas tropicais e subtropicais em latitudes mais eleva- das seria favorecido. Alterações nos padrões de temperatura e salinidade, resultantes das mudanças climáticas, podem redefinir os limites de distribuição de espécies, já que alterações nas características ambientais podem modificar a compatibilidade espécie- ambiente. Tomando como modelo as especies exóticas S. cuccullata e E. tulipa, o método desenvolvido por RF permitiu identificar áreas vulnerais à introdução/dispersão de espécies exóticas dentro da zona marítima do Brasil, sob diferentes cenários utiliza- dos. Os algorítimos apontaram que 33% da zona marítima brasileira estão vulneráveis a dispersão de S. cuccullata, com potencial redução da área em função das alterações nos padrões de temperatura e salinidade. Enquanto, 4% estão vulneráveis a dispersão de E. tulipa, com possibilidade de aumento. Apesar dos processos de dispersão e extinção de espécies serem, naturalmente, moduladores da biogeografia, os resultados indicaram possíveis modificações nos padrões de distribuição dos organismos mari- nhos, como consequência das alterações na similaridade ambiental em escala global. Identificar áreas vulneráveis à introdução e dispersão de espécies exóticas, sob dife- rentes cenários climáticos pode subsidiar a elaboração de estratégias de conservação dos recursos naturais, incluindo os hotspots de biodiversidade.
Abstract: Climate change and biological invasions represent the most threats to marine biodiver- sity and ecosystem stability. Despite ongoing efforts to reduce the transfer of organisms, the annual rate of new introductions continues to rise, with no signs of saturation in the accumulation of exotic species on a global scale. By the end of the 21st century, it is ex- pected that ocean temperatures may reach critical levels, increasing by up to 3◦C above the global average. This study aims to assess the effect of climate change on the envi- ronmental similarity between the world’s marine ecoregions (MEOW), and to develop a method to identify areas vulnerable to the dispersal of two exotic species to the coast of Brazil: the oyster Saccostrea cuccullata and the vermetid Eualetes tulipa. The environ- mental similarity between the MEOW and the probability of dispersal of S. cuccullata and E. tulipa was evaluated considering a reference period (PR) - (2000-2014) and two climate change scenarios (MC) - RCP2.6 (peak and decline scenario) and RCP8.5 (high warming). A generalized linear model was employed to assess the environmental simi- larity among the MEOW using a dataset of temperature and salinity. A model/classifier based on Random Forest (RF) was trained and validated using georeferenced records of the target species to identify regions vulnerable to potential dispersal events of these species. If climate change scenarios come true, the poles (Arctic and Antarctic), as well as the temperate zones of the Atlantic and Pacific (Northern Hemisphere) would be the regions most susceptible to the impacts of global warming. Hence, the establishment of tropical and subtropical marine species at higher latitudes would be favored. Changes in temperature and salinity patterns resulting from climate change can redefine the geographical distribution limits of species. This is because alterations in environmental characteristics can modify the compatibility between species and their surroundings. Using the exotic species S. cuccullata and E. tulipa as models, the RF-based method developed enabled the identification of areas vulnerable to the introduction/dispersal of exotic species within the maritime zone of Brazil under scenarios. The algorithms showed that 33% of the Brazilian maritime zone is susceptible to the dispersal of S. cuccullata, with a potential reduction in the area due to changes in temperature and salinity. Meanwhile, 4% are susceptible to the dispersal of E. tulipa, with the possibility of an increase. Although the processes of dispersal and extinction of species naturally modulate biogeography, the results indicate possible changes in the distribution patterns of marine organisms as a result of changes in environmental similarity on a global scale. Identifying vulnerable areas for the introduction and dispersal of exotic species under different climatic scenarios can inform the development of strategies for conserving natural resources, including biodiversity hotspots.
Access: Open access
URI: https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/846411
Type: Doctoral thesis
Appears in Collections:Ciência, Tecnologia e Inovação: Coleção de Teses

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