Dispersão biológica - Biological dispersal

Dispersão de sementes de dente de leão pelo vento .

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Dispersão de líquen sorédia (visualizada usando luz ultravioleta ) por uma aranha

A dispersão biológica se refere ao movimento de indivíduos ( animais , plantas , fungos , bactérias , etc.) de seu local de nascimento para seu local de reprodução ('dispersão natal'), bem como o movimento de um local de reprodução para outro ('reprodução dispersão'). A dispersão também é usada para descrever o movimento de propágulos , como sementes e esporos . Tecnicamente, a dispersão é definida como qualquer movimento que tem o potencial de levar ao fluxo gênico . O ato de dispersão envolve três fases: partida, transferência, liquidação e existem diferentes custos de adequação e benefícios associados a cada uma dessas fases. Através de um simples movimento de um habitat de patch para o outro, a dispersão de um indivíduo tem consequências não só para o indivíduo de fitness , mas também para a dinâmica populacional , genética populacional e distribuição das espécies . Compreender a dispersão e as consequências tanto para as estratégias evolutivas em nível de espécie, quanto para processos em nível de ecossistema, requer compreensão sobre o tipo de dispersão, a faixa de dispersão de uma dada espécie e os mecanismos de dispersão envolvidos.

A dispersão biológica pode ser contrastada com a geodispersão , que é a mistura de populações previamente isoladas (ou biotas inteiras) após a erosão das barreiras geográficas à dispersão ou fluxo gênico (Lieberman, 2005; Albert e Reis, 2011).

A dispersão pode ser distinguida da migração animal (tipicamente movimento sazonal de ida e volta), embora na literatura de genética populacional , os termos ' migração ' e 'dispersão' sejam freqüentemente usados ​​alternadamente.

Tipos de dispersão

Dispersão da população parental

Alguns organismos são móveis ao longo de suas vidas, mas outros são adaptados para se mover ou serem movidos em fases precisas e limitadas de seus ciclos de vida. Isso é comumente chamado de fase dispersiva do ciclo de vida. As estratégias dos ciclos de vida inteiros dos organismos freqüentemente são baseadas na natureza e nas circunstâncias de suas fases dispersivas.

Em geral, existem dois tipos básicos de dispersão:

Dispersão independente de densidade

Os organismos desenvolveram adaptações para a dispersão que aproveitam as várias formas de energia cinética que ocorrem naturalmente no meio ambiente. Isso é conhecido como dispersão passiva ou independente da densidade e opera em muitos grupos de organismos (alguns invertebrados , peixes , insetos e organismos sésseis como as plantas ) que dependem de vetores animais , vento, gravidade ou corrente para a dispersão.

Dispersão dependente da densidade

Densidade dispersão dependente ou ativo para muitos animais em grande parte depende de fatores tais como locais população tamanho, recurso competição , habitat de qualidade e tamanho habitat.

Devido à densidade populacional, a dispersão pode aliviar a pressão por recursos em um ecossistema, e a competição por esses recursos pode ser um fator de seleção para mecanismos de dispersão.

A dispersão de organismos é um processo crítico para a compreensão tanto do isolamento geográfico na evolução por meio do fluxo gênico quanto dos amplos padrões das distribuições geográficas atuais ( biogeografia ).

Uma distinção é freqüentemente feita entre a dispersão natal, onde um indivíduo (geralmente um jovem) se afasta do local em que nasceu, e a dispersão reprodutiva, onde um indivíduo (geralmente um adulto) se afasta de um local de procriação para procriar em outro lugar.

Custos e benefícios

Epilobium hirsutum - cabeça de semente

No sentido mais amplo, a dispersão ocorre quando os benefícios da adaptação superam os custos.

Há uma série de benefícios para a dispersão, como localizar novos recursos, escapar de condições desfavoráveis, evitar competir com irmãos e evitar procriar com indivíduos próximos, o que poderia levar à depressão por endogamia .

Há também uma série de custos associados à dispersão, que podem ser pensados ​​em termos de quatro moedas principais: energia, risco, tempo e oportunidade. Os custos energéticos incluem a energia extra necessária para se mover, bem como o investimento energético em máquinas de movimento (por exemplo, asas). Os riscos incluem aumento de lesões e mortalidade durante a dispersão e a possibilidade de se estabelecer em um ambiente desfavorável. O tempo gasto na dispersão é aquele que muitas vezes não pode ser gasto em outras atividades, como crescimento e reprodução. Finalmente, a dispersão também pode levar à depressão de procriação se um indivíduo está melhor adaptado ao seu ambiente natal do que aquele em que acaba. Em animais sociais (como muitos pássaros e mamíferos), um indivíduo em dispersão deve encontrar e se juntar a um novo grupo, que pode levar à perda de posição social.

Faixa de dispersão

"Intervalo de dispersão" refere-se à distância que uma espécie pode se mover de uma população existente ou do organismo parental. Um ecossistema depende criticamente da capacidade dos indivíduos e populações de se dispersarem de um pedaço de habitat para outro. Portanto, a dispersão biológica é crítica para a estabilidade dos ecossistemas.

Restrições ambientais

Poucas espécies são distribuídas uniformemente ou aleatoriamente dentro ou entre as paisagens . Em geral, as espécies variam significativamente na paisagem em associação com características ambientais que influenciam seu sucesso reprodutivo e persistência populacional. Padrões espaciais em características ambientais (por exemplo, recursos) permitem que os indivíduos escapem de condições desfavoráveis ​​e busquem novos locais. Isso permite que o organismo "teste" novos ambientes quanto à sua adequação, desde que estejam dentro da área geográfica do animal. Além disso, a capacidade de uma espécie de se dispersar em um ambiente que muda gradualmente pode permitir que uma população sobreviva a condições extremas. (ou seja, mudanças climáticas ).

À medida que o clima muda , as presas e predadores precisam se adaptar para sobreviver. Isso representa um problema para muitos animais, por exemplo, os pinguins Rockhopper do Sul . Esses pinguins são capazes de viver e prosperar em uma variedade de climas devido à plasticidade fenotípica dos pinguins. No entanto, prevê-se que eles respondam por dispersão, não por adaptação desta vez. Isso é explicado por sua longa vida útil e microevolução lenta. Os pinguins no subantártico têm um comportamento de forrageamento muito diferente do que nas águas subtropicais; seria muito difícil sobreviver e acompanhar as mudanças rápidas do clima porque esses comportamentos levaram anos para se formar.

Barreiras de dispersão

Uma barreira de dispersão pode significar que o intervalo de dispersão de uma espécie é muito menor do que a distribuição da espécie. Um exemplo artificial é a fragmentação do habitat devido ao uso da terra pelo homem. As barreiras naturais à dispersão que limitam a distribuição das espécies incluem cadeias de montanhas e rios. Um exemplo é a separação das áreas de distribuição das duas espécies de chimpanzés pelo rio Congo .

Por outro lado, as atividades humanas também podem expandir a faixa de dispersão de uma espécie, fornecendo novos métodos de dispersão (por exemplo, navios ). Muitos deles se tornam invasores , como ratos e percevejos , mas algumas espécies também têm um efeito ligeiramente positivo para os colonos humanos, como abelhas e minhocas .

Mecanismos de dispersão

A maioria dos animais é capaz de locomoção e o mecanismo básico de dispersão é o movimento de um lugar para outro. A locomoção permite ao organismo "testar" novos ambientes quanto à sua adequação, desde que estejam dentro do alcance do animal. Os movimentos geralmente são guiados por comportamentos herdados .

A formação de barreiras à dispersão ou ao fluxo gênico entre áreas adjacentes pode isolar as populações de ambos os lados da divisão emergente. A separação geográfica e o subsequente isolamento genético de porções de uma população ancestral podem resultar em especiação.

Mecanismos de dispersão de plantas

As brocas são um exemplo de mecanismo de dispersão de sementes que utiliza um vetor biótico, neste caso animais com pelo .

A dispersão de sementes é o movimento ou transporte das sementes para longe da planta-mãe. As plantas têm mobilidade limitada e, conseqüentemente, dependem de uma variedade de vetores de dispersão para transportar seus propágulos, incluindo vetores abióticos e bióticos . As sementes podem ser dispersadas para longe da planta-mãe individualmente ou coletivamente, bem como dispersas no espaço e no tempo. Os padrões de dispersão de sementes são determinados em grande parte pelo mecanismo de dispersão e isso tem implicações importantes para a estrutura demográfica e genética das populações de plantas, bem como padrões de migração e interações entre espécies . Existem cinco modos principais de dispersão de sementes: gravidade, vento, balística, água e por animais.

Mecanismos de dispersão animal

Animais sem mobilidade

Existem numerosas formas animais que não são móveis, como esponjas , briozoários , tunicados , anêmonas do mar , corais e ostras . Em comum, são todos marinhos ou aquáticos. Pode parecer curioso que as plantas tenham tido tanto sucesso na vida estacionária na terra, enquanto os animais não, mas a resposta está no suprimento de comida. As plantas produzem seu próprio alimento a partir da luz do sol e do dióxido de carbono - geralmente mais abundantes na terra do que na água. Os animais fixados no local devem contar com o meio circundante para trazer comida pelo menos perto o suficiente para agarrar, e isso ocorre no ambiente aquático tridimensional, mas com muito menos abundância na atmosfera.

Todos os invertebrados marinhos e aquáticos cujas vidas são passadas fixas no fundo (mais ou menos; as anêmonas são capazes de se levantar e se mover para um novo local se as condições permitirem) produzem unidades de dispersão. Podem ser "botões" especializados, ou produtos de reprodução sexuada móvel, ou mesmo uma espécie de alteração de gerações como em certos cnidários .

Os corais são um bom exemplo de como as espécies sedentárias alcançam a dispersão. Os corais se reproduzem liberando espermatozóides e óvulos diretamente na água. Esses eventos de liberação são coordenados pela fase lunar em certos meses quentes, de modo que todos os corais de uma ou mais espécies em um determinado recife serão liberados na mesma ou em várias noites consecutivas. Os ovos liberados são fertilizados, eo resultando zigoto se desenvolve rapidamente em um multicelular plânulas . Este estágio móvel tenta então encontrar um substrato adequado para o assentamento. A maioria não tem sucesso e morre ou é alimentada por zooplâncton e predadores que vivem no fundo, como anêmonas e outros corais. No entanto, milhões incontáveis ​​são produzidos e alguns conseguem localizar manchas de calcário exposto, onde se assentam e se transformam em pólipos . Todas as coisas sendo favoráveis, o pólipo único se transforma em uma cabeça de coral, gerando novos pólipos para formar uma colônia.

Animais móveis

A maioria de todos os animais são móveis . Embora os animais móveis possam, em teoria, se dispersar por suas forças locomotivas espontâneas e independentes, muitas espécies utilizam as energias cinéticas existentes no ambiente, resultando em movimento passivo. A dispersão pelas correntes de água está especialmente associada aos habitantes fisicamente pequenos das águas marinhas conhecidas como zooplâncton . O termo plâncton vem do grego , πλαγκτον, que significa "andarilho" ou "andarilho".

Dispersão por estágios dormentes

Muitas espécies animais, especialmente invertebrados de água doce, são capazes de se dispersar pelo vento ou por transferência com a ajuda de animais maiores (pássaros, mamíferos ou peixes) como ovos dormentes, embriões dormentes ou, em alguns casos, estágios adultos dormentes. Tardígrados , alguns rotíferos e alguns copépodes são capazes de resistir à dessecação como estágios adormecidos. Muitos outros taxa ( Cladocera , Bryozoa , Hydra , Copepoda e assim por diante) podem se dispersar como ovos ou embriões dormentes. Esponjas de água doce geralmente têm propágulos dormentes especiais chamados gemmulae para tal dispersão. Muitos tipos de estágios dormentes de dispersão são capazes de resistir não apenas à dessecação e baixa e alta temperatura, mas também à ação de enzimas digestivas durante sua transferência através do trato digestivo de pássaros e outros animais, alta concentração de sais e muitos tipos de tóxicos. Esses estágios inativos e resistentes tornaram possível a dispersão em longas distâncias de um corpo d'água para outro e amplas faixas de distribuição de muitos animais de água doce.

Dispersão quantificadora

A dispersão é mais comumente quantificada em termos de taxa ou distância.

A taxa de dispersão (também chamada de taxa de migração na literatura de genética populacional ) ou probabilidade descreve a probabilidade de que qualquer indivíduo deixe uma área ou, equivalentemente, a proporção esperada de um indivíduo para deixar uma área.

A distância de dispersão é geralmente descrita por um kernel de dispersão que dá a distribuição de probabilidade da distância percorrida por qualquer indivíduo. Várias funções diferentes são usadas para núcleos de dispersão em modelos teóricos de dispersão, incluindo a distribuição exponencial negativa, distribuição exponencial negativa estendida, distribuição normal , distribuição de potência exponencial , distribuição de potência inversa e distribuição de potência bilateral. A distribuição de potência inversa e distribuições com 'caudas grossas' representando eventos de dispersão de longa distância (chamadas distribuições leptocúrticas ) são pensadas para melhor corresponder aos dados de dispersão empíricos.

Consequências da dispersão

A dispersão não tem apenas custos e benefícios para o indivíduo que se dispersa (como mencionado acima), mas também tem consequências no nível da população e das espécies nas escalas de tempo ecológica e evolutiva.

Muitas populações têm distribuições espaciais irregulares, onde subpopulações separadas, mas interagindo, ocupam manchas de habitat discretas (ver metapopulações ). Os indivíduos dispersos se movem entre diferentes subpopulações, o que aumenta a conectividade geral da metapopulação e pode diminuir o risco de extinção estocástica . Se uma subpopulação for extinta por acaso, é mais provável que seja recolonizada se a taxa de dispersão for alta. O aumento da conectividade também pode diminuir o grau de adaptação local.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos

• Imagens de dispersão de frutas e sementes em bioimages.vanderbilt.edu