Modelos matemáticos e computacionais para invasões biológicas

Abstract

Resumo: O aumento do número de registros de processos de invasões biológicas, toma necessário estudos para entender quais fatores aumentam a probabilidade de eventos de invasão biológica, as características dos processos que levam ao sucesso da invasão e efeitos no ambiente. Modelos matemáticos e/ou computacionais permitem descrever este processo e explorar as características. O primeiro capítulo deste trabalho fizemos uma revisão sistemática para verificar quais os principais aspectos dos processos de invasão são abordados. A revisão foi feita através da base de dados ISI Web of Science, além de usar os artigos de uma revisão já publicada que foram classificadas pelos autores como modelos e que passaram pelas mesmas etapas de seleção dos artigos encontrados na busca. As características que buscamos foram, objetivos principais, fases do processo de invasão, hipóteses, tipos de interação e grupos taxonômicos. O principal foco dos estudos tem sido os impactos causados pelas espécies não-nativas. Além disso, as etapas mais consideradas nos estudos são as etapas finais do processo de invasão, como dispersão da espécie não-nativa. Poucos estudos focam em hipóteses ou ao menos deixam explícitas no artigo publicado. As hipóteses mais testadas foram de pressão de propágulos. No segundo capítulo fizemos um modelo espacialmente explícito baseado no processo de invasão da espécie Serrasalmus marginatus na bacia do Alto Paraná e sua coexistência com a espécie nativa Serrasalmus maculatus. Parâmetros do nosso modelo, nos permitiu testar a interação entre pressão de propágulos e resistência biótica. A resistência biótica foi definida através da competição com a espécie nativa e predação através do maior nível de mortalidade. Também vimos para qual região dos parâmetros tivemos a coexistência entre a duas espécies. Nossos resultados mostraram que quanto maior a resistência biótica, maior a pressão de propágulo necessário para o estabelecimento da espécie não-nativa. Além disso, o aumento da capacidade suporte do ambiente favorece a invasão. A coexistência ocorreu em níveis intermediários de competição e de predação. Concluímos que mais estudos devem ser feitos ressaltando as hipóteses de invasão pode auxiliam a entender como estas interagem. Palavras-chave: invasão biológica; modelos matemáticos; hipóteses de invasão; pressão de propágulos; resistência biótica.

Abstract: The increase in the number of records of biological invasion processes makes studies necessary to understand: which factors increase the probability of biological invasion events, the characteristics of the processes that lead to the success of the invasion and effects on the environment. Mathematical and/or computational models allow to us describe this process and explore its characteristics. The first chapter of this work we made a systematic review to evaluate which are the main feature of the process are addressed. Using the ISI Web of Science database we performed this review, in addition to using articles from a previously published review that were classified by the authors as models. The characteristics I sought were, main objectives, stages of the invasion process, hypotheses, types of interaction and taxonomic groups. The main focus of the studies has been on the impacts caused by non-native species. In addition, the most considered stages in the studies are the final stages of the invasion process, such as dispersion of the non-native species. Few studies focus on hypotheses or at least make them explicit in research paper. However, these are important areas to be considered due to the benefits of managing non-native species at the beginning of the invasion process. The m ost tested hypotheses were propagule pressure. In the second chapter we made a spatially explicit model based on the invasion process of the species Serrasalmus marginatus in the Upper Paraná basin and its coexistence with the native species Serrasalmus maculatus. Parameters of our model, allowed us to test the interaction between propagule pressure and biotic resistance. Biotic resistance was defined through competition with the native species and predation through the highest level of mortality. We also saw for which region of the parameters we had the coexistence between the two species. Our results showed that the greater the biotic resistance, the greater the propagule pressure necessary for the establishment of the nonnative species. In addition, the increase in the carrying capacity of the environment favors invasion. Coexistence occurred at intermediate levels of competition and predation. We conclude that more studies should be done emphasizing the hypotheses of invasion can help to understand how they interact. Keywords: biological invasion; mathematical models; invasion hypotheses; propagule pressure; biotic resistance.