Distribuição real e potencial de espécies campestres sob cenários de mudanças climáticas

Abstract

Brazil is the most biodiverse country in the world, and grassland ecosystems are responsible for a significant portion of this environmental richness. Neglected and highly threatened, Pampa is a south Brazilian domain of subtropical grasslands that show high levels of genetic diversity, form unique landscapes, and offer crucial ecosystem services. The processes that originate Pampa diversity are still poorly known, which reflects the domain’s low conservation rate. Evolutionary processes are important drivers of diversity and reveal the adaptive capacity of species in the face of environmental changes. Therefore, in this work, we investigate the effects of Pleistocene climate oscillations on the genetic diversity distribution of Pampa vegetation and estimate the impacts of ongoing climate change on habitat suitability and survival of grassland species. We conducted a species distribution modeling (SDM) analysis for three past climatic periods and two future greenhouse gas concentration scenarios. We ran an GLMM analysis based on a Generalized Linear Mixed Model (GLMM) to investigate the association between environmental variables and population structure, and built correlative models to relate climatic stable areas to genetic diversity parameters. Our results demonstrate that past climate events formed different patterns of biodiversity distribution in the Pampa, with several species showing retraction during the Last Glacial Maximum (LGM). Refuge areas are not those that concentrate the highest genetic diversity, and the population structure results from different environmental variables such as past climate, geographic distribution and soil characteristics. This reveals that Pampa's biodiversity is maintained by several biotic and abiotic factors, combined with complex evolutionary processes. In future climate change scenarios, Pampa’s plant species will likely suffer habitat loss and fragmentation, and might need to colonize new environments to survive. The effects of climate change in the Pampa are significant, and worsen due to the degradation of native vegetation by human activities. Studies that quantify population genetic diversity and evaluate areas of climate suitability are essential to inform the risks and alternatives for the persistence of Pampa's biodiversity in the face of climate change.

O Brasil é o país com maior biodiversidade do mundo, e os ecossistemas campestres são responsáveis por parte importante dessa riqueza ambiental. Pouco conhecido e extremamente ameaçado, o Pampa é um bioma de vegetação campestre subtropical localizado no sul do país, e que apresenta altos níveis de diversidade, formando paisagens únicas e oferecendo importantes serviços ecossistêmicos. Ainda pouco se conhece sobre a diversidade do Pampa e os processos que a originaram, o que se reflete na baixa proteção do bioma. Processos evolutivos são importantes promotores de diversidade e revelam a capacidade adaptativa das espécies perante mudanças ambientais. Portanto, neste trabalho nós investigamos os efeitos das oscilações climáticas do Pleistoceno para a distribuição da diversidade genética de oito plantas herbáceas do Pampa, e estimamos os impactos das mudanças climáticas em curso para a adequabilidade de habitat e persistência das espécies campestres. Nós conduzimos uma análise de modelagem de nicho para três períodos climáticos passados e dois cenários de concentração de gases do efeito estufa para o futuro. Investigamos a relação entre variáveis ambientais e estrutura populacional através de um modelo linear generalizado misto (GLMM, do inglês Generalized Linear Mixed Model), e construímos modelos correlativos para associar áreas de estabilidade climática a parâmetros de diversidade genética. Nossos resultados demonstram que os eventos climáticos passados provocaram diferentes padrões de distribuição da biodiversidade no Pampa, com várias espécies apresentando retração de área durante o Último Máximo Glacial (LGM, do inglês Last Glacial Maximum). As áreas de refúgio climático não são as que concentram maior diversidade genética, e a estruturação populacional das espécies é resultado de diferentes variáveis ambientais como clima passado, distribuição geográfica e características do solo. Isso revela que a biodiversidade do Pampa é mantida por diversos fatores bióticos e abióticos, somados a complexos processos evolutivos. Em cenários de mudanças climáticas futuras, as espécies de plantas do Pampa possivelmente sofrerão perda e fragmentação de habitat, e terão de colonizar novos ambientes para sobreviver. Os efeitos das mudanças climáticas para o Pampa são expressivos, e se agravam devido à degradação da vegetação nativa pelas atividades humanas. Estudos que quantifiquem a diversidade genética populacional e avaliem áreas de adequabilidade climática para o futuro são fundamentais para informar os riscos e alternativas para a persistência da biodiversidade do Pampa frente às mudanças climáticas.