Modelagem de distribuição potencial de espécies como ferramenta para a conservação: seleção e avaliação de algoritmos e aplicação com Heliconius nattereri Felder, 1865 (Nymphalidae: Heliconiinae)

Abstract

Esta tese está dividida em dois capítulos. O primeiro capítulo apresenta uma abordagem mais técnica onde, com auxílio de uma espécie criada artificialmente, testei três algoritmos para modelagem da distribuição geográfica potencial de espécies: o MAXENT, GARP (best subsets-OM) e o SVM. O objetivo do primeiro capítulo foi testar qual desses três algoritmos apresentava melhor performance ao tentar prever a distribuição real da espécie artificial. Como a performance ou avaliação dos modelos pode ser calculada através de mais de uma técnica, testei qual dessas métricas apresenta resultados mais próximos da realidade do modelo com base na taxa de acertos e erros de cada um calculadas diretamente pela comparação das previsões de cada modelo em relação à área de ocorrência verdadeira da espécie artificial. Além disso, para o cálculo dessas métricas, é necessário a definição de um ponto de corte que dividide o modelo em dois aspectos: 1- Acima desse ponto de corte os erros de omissão e sobreprevisão estão equilibrados e 2- abaixo desse ponto as previsões contêm uma taxa de erro maior que a aceitável. Logo, devido à importância dessa definição, utilizei duas abordagens presentes na literatura da área: uma delas é o ponto de corte definido pela construção de uma curva ROC e a outra é o valor mínimo atribuído pelo modelo para adequabilidade ambiental a um ponto de presença verdadeira. Os resultados obtidos indicam que essa definição é muito importante para avaliar corretamente cada modelo. Com o ponto de corte ROC, o algoritmo que obteve maior taxa de acertos foi o GARP. Com o ponto de corte mínimo, isso mudou e o algoritmo de Máxima Entropia (MAXENT) apresentou melhor performance. O segundo capítulo usa o conhecimento gerado pelo primeiro capítulo e adota o MAXENT para modelar a distribuição geográfica potencial da borboleta Heliconius nattereri Felder, 1865 classificada como vulnerável pela lista de espécies ameaçadas de extinção publicada pelo IBAMA em 2003. Essa espécie tem registros de ocorrência nos estados de Minas Gerais, Espírito Santo e Bahia, e apresenta a característica de ser monofágica em relação aos recursos utilizados por suas lagartas a espécie pertencente à família Passifloraceae conhecida como Tetrastylis ovalis (Vell.) Killip. Essa espécie de maracujá apresenta baixo crescimento vegetativo e é polinizada por morcegos, ocorrendo em uma distribuição relativamente restrita no Brasil, e em baixa abundância local. Devido à essa estreita relação de dependência da borboleta ao seu recurso larval, a distribuição geográfica potencial de Tetrastylis ovalis foi utilizada como referência para corte (refinamento) da distribuição potencial de H. nattereri. Com os resultados obtidos, que consistem em uma previsão do grau de adequabilidade ambiental para ocorrência da espécie para o Brasil, pude cruzar esse dado com a rede de unidades de conservação em nosso país, listando dessa forma todas as unidades de conservação que apresentam uma chance de abrigar novas populações de Heliconius nattereri. Discuto ainda algumas ações que podem ser tomadas para que essa espécie saia do nível de risco em que se encontra, aumentando suas populações nos locais onde possui registros de ocorrência e no encontro de novas populações em diferentes locais. São elas: (1) Cultivo e manejo de sua planta hospedeira Tetrastylis ovalis, aumentando assim sua abundância e disponibilidae nas áreas de proteção; (2) Estudos da dinâmica populacional da espécie; (3) Estudos da variabilidade genética da espécie; (4) Translocação de indivíduos, se comprovada necessidade no item (3); (5) Criação de H. nattereri, em borboletários sediados na própria unidade de conservação, com uso das informações básicas obtidas nos itens (2) e (3).

This thesis is divided into two chapters. The first one presents a technical approach in which with an artificial created species, I ve tested three different algorithms used to predict the species potential geographic distribution: MAXENT, GARP and SVM. The first chapter s objective was to test the performance of these three algorithms and determine which one is the best to predict the real distribution of the artificial species. Because the performance of the models can be evaluated by many techniques, I ve tested which metric presents the most real results based on the errors and successes rates, calculated directly by the comparison of each model prediction in relation to the real occurrence area of the artificial species. Besides, use these metrics, it is necessary the definition of a threshold that divides the model in two aspects: 1- Above this threshold, the omission and commission errors are balanced; and 2- Below this threshold the models have an error rate bigger than the acceptable. Knowing the importance of this definition, I used two different approaches find in the literature: the threshold defined with the construction of a ROC curve and the minimum value of environmental suitability attributed, by the model, to a real presence point. The results indicate that this definition is very important to evaluate correctly each model. When the ROC threshold was used, the algorithm with the best performance was GARP. When the Minimum threshold was used, this situation changed and MAXENT presented best performance. The second chapter uses the knowledge generated by the first chapter and adopts MAXENT to model the potential geographic distribution of the butterfly Heliconius nattereri Felder, 1865, classified as vulnerable in the IBAMA endangered species list, published in 2003. This species has occurrence registries in Minas Gerais, Espírito Santo e Bahia, and presents the characteristics of being monophagic about the resource of its larvae the species of the Passifloraceae family known as Tetrastylis ovalis (Vell.) Killip. This passion- fruit species has low vegetative growing and is pollinated by bats, occurring in a relative restrict distribution in Brazil, and with local low abundance. Because of this strict dependence relation of the butterfly with its larval resource, the potential geographic distribution of Tetrastylis ovalis was used as a reference to the refining of the potential distribution of H. nattereri. With the results, the prediction of the environmental suitability degree to the species occurrence in Brazil, I was able to cross this data with the conservation units information, making a list of the conservation units that have a chance of being occupied by unknowing populations of H. nattereri. I also discuss some actions that can be made in order to reduce the risk level of this species, by increasing its registry local populations and finding new ones in different places, such as: (1) Growth and management of H. nattereri s host plant, T. ovalis, increasing its abundance and availability in the protection areas; (2) Population dynamics studies of the species; (3) Genetic variability studies of the species; (4) Individuals translocation, if the necessity is determined in item (3); (5) H. nattereri captive creation in Butterfly Houses in the own conservation unit, with the basic information obtained in (2) and (3) items.