Breve descripción

Contextualización

La Biogeografía es la disciplina de la Biología Evolutiva que se encarga de reconstruir los patrones de distribución, actuales e históricos, de los seres vivos e inferir los mecanismos responsables como migración, adaptación, extinción, o especiación. Tras una etapa histórica dominada por reconstrucciones narrativas o basadas en la parsimonia como criterio de inferencia biogeográfica, asistimos en la última década a una revolución con el desarrollo de nuevas herramientas analíticas basadas en modelos probabilísticos.  Esto ha permitido por primera vez integrar la dimensión temporal en las reconstrucción de la historia evolutiva de especies o linajes, así cómo incorporar otros tipos de evidencia, como el registro fósil, reconstrucciones geológicas, la ecología de las especies, datos paleoclimáticos, etc.

Por otro lado, la Filogeografía, considerada a veces como una subdisciplina de la biogeografía, se encarga de estudiar los patrones y procesos biogeográficos que gobiernan la distribución espacial de los linajes a nivel infra-específico: poblaciones e individuos. Su desarrollo ha ido en paralelo al de la biogeografía, experimentando un gran avance en la última década, desde modelos basados en parsimonia hacia el examen de procesos evolutivos y ecológicos usando métodos de genética de poblaciones e inferencia filogenética dentro del marco estadístico de la "teoría de la coalescencia". Esto ha permitido ampliar el rango de preguntas e hipótesis que se pueden testar utilizando reconstrucciones biogeográficas y abre un excitante campo de investigación.

En esta asignatura se estudian los fundamentos teóricos de la Biogeografía y su aplicación práctica, mediante ejemplos empíricos, de distintos métodos de reconstrucción biogeográfica, desde los basados en parsimonia hasta métodos semiparamétricos basados en frecuencias de eventos, a modelos probabilísticos que permiten incorporar estimas de tiempos de divergencia entre linajes.

La asignatura tiene un enfoque fuertemente aplicado, con demostraciones prácticas (en la sesión de tarde) de cada método y sus asunciones teóricas impartidas en la sesión de la mañana. Los ejemplos prácticos estarán preferiblemente enfocados hacia regiones tropicales. El objetivo es permitir al estudiante familiarizarse con un campo en rápida expansión con aplicaciones prácticas en evaluación de la biodiversidad, biología de la conservación, diseño de modelos predictivos de cambio climático, etc.

Objetivos

1. Entender los fundamentos teóricos de la biogeografía evolutiva y ecológica: diferencia entre patrones y procesos y entre tipos de procesos como dispersión, vicarianza, extinción, adaptación o resiliencia.

2. Conocer las principales escuelas biogeográficas y su evolución histórica: biogeografía de patrones (dispersalismo y vicarianza), parsimonia de eventos, biogeografía paramétrica, filogeografía de parsimonia estadística y filogeografía bayesiana.

3. Adquirir conocimientos básicos de geología, paleontología, y climatología, que serán utilizados en la interpretación de las inferencias biogeográficas: evolución biológica en el espacio y en el tiempo.

4. Aprender a utilizar, mediante ejemplos empíricos y casos prácticos – con especial referencia al Neotrópico – distintos métodos de reconstrucción biogeográfica, desde los basados en parsimonia hasta métodos semiparamétricos basados en frecuencias de eventos, a modelos probabilísticos de máxima verosimilitud e inferencia bayesiana, que permiten incorporar estimas de tiempos de divergencia entre linajes.

5. Comprender la diferencia entre modelos de evolución continua (difusión) y modelos de evolución discreta y su aplicación en filogeografía y biogeografía de especies y linajes.

Título asignatura

Distribución espacio-temporal de las especies: técnicas analíticas

Código asignatura

102057

Curso académico

2019-20

Planes donde se imparte

MÁSTER UNIVERSITARIO EN BIODIVERSIDAD EN ÁREAS TROPICALES Y SU CONSERVACIÓN

Créditos ECTS

4

Carácter de la asignatura

OBLIGATORIA

Duración

Cuatrimestral

Idioma

Castellano

Contenidos

INTRODUCCIÓN A LA BIOGEOGRAFÍA: Introducción de conceptos en biogeografía. Biogeografía basada en patrones o de parsimonia ("cladistic"). Biogeografía basada en eventos (¿event-based"): Escenario vicariante: Ajuste de árboles basado en parsimonia. Escenario reticulado: Análisis de Dispersión-Vicarianza. Práctica: Ejemplo práctico: Reconstrucción de patrones biogeográficos en la fauna de México (Software TreeFitter). Ejemplo práctico: Meta-análisis de patrones biogeográficos en plantas amazónicas (Software DIVA).

BIOGEOGRAFÍA PARAMÉTRICA - MODELO DEC: Introducción. Ventajas sobre biogeografía cladista o de eventos. Integración de la incertidumbre filogenética: métodos semi-paramétricos (Bayes-DIVA). Integración de la dimensión temporal: Modelo DEC ("Dispersión, Extinción, Cladogénesis"). Modelación de escenarios geológicos o estratificados. Incorporación del registro fósil. Efectos recíprocos de la evolución del área biogeográfica y la diversificación de linajes. Modelo GeoSSE: Estima de tasas de especiación y extinción dependientes del rango geográfico. Práctica: Ejemplo práctico: Reconstruyendo la historia del género tropical Psychotria usando el modelo DEC; modelos dependientes de distancia, modelos estratificados y modelos con información fósil (Software Lagrange). Ejemplo práctico: Análisis de diversificación dependiente del área de distribución con GeoSSE: el caso del género Hypericum (Software Diversitree en R).

BIOGEOGRAFÍA PARAMÉTRICA - MODELO DEC (continuación): Expandiendo el modelo DEC: Integración de dispersión entre áreas singulares en DEC: expansión de rango versus dispersión por salto (J-likelihood). Extensión de los modelos de cladogénesis en DEC. (BioGeoBEARS). Aumentando el número de áreas de análisis en DEC utilizando herramientas bayesianas: ("data-augmentation approach"). Modelo de "Dispersión-Extinción" (Bay-Area). Práctica: Ejemplo práctico: Re-análisis del dataset de Psychotria con BioGeoBEARS; similitudes y diferencias (Software BioGeoBEARS). Ejemplo práctico: Reconstrucción de la historia biogeográfica del género Cercis (Software BayArea).

BIOGEOGRAFÍA BAYESIANA. FILOGEOGRAFÍA.: Biogeografía paramétrica Bayesiana (Modelo BIB: "Bayesian-Island-Biogeography"). Aplicación en escenarios continentales: la disyunción Rand Flora. Extensión del modelo BIB para incorporar factores abióticos. Escenarios bayesianos estratificados con estima temporal. Aplicación de BIB en Filogeografía: Modelos bayesianos de difusión en BEAST: modelos dependientes de distancia, modelo GLM, escenarios con estratificación temporal. Práctica: Ejemplo práctico: BIB en Biogeografía: estimación de tasas de colonización en animales y plantas endémicos del archipiélago canario (Software RevBayes). Ejemplo práctico: BIB en Filogeografía: estimación de tasas de migración y mutación en virus humanos (Software BEAST 2.0).

FILOGEOGRAFÍA: Introducción: Las "Tres Vías" de la Filogeografía. Parsimonia Estadística (TCS, NCA) - Aproximación Bayesiana (BPEC). Filogeografía Estadística. Escenarios simulados versus Observados (Migrate, Mesquite, IMA). Incorporación del medio físico (SPLATCHE). Approximate Bayesian Computing: (ABC, HABC). Práctica: Ejemplo práctico: Construcción de redes de haplotipos por parsimonia (Software TCS) e inferencia bayesiana
(Software BPEC R). Ejemplo práctico: Examen de historias demográficas y escenarios poblaciones con ABC en un linaje (Software DIY-ABC) y en múltiples linajes (Software MsBayes).

Generales

CG1 - Adquirir conocimientos fundamentales y herramientas necesarias para la investigación aplicada en el ámbito de la biodiversidad.

CG2 - Aprender el uso de nuevas tecnologías para afrontar los problemas relacionados con la biodiversidad y su conservación en los países más diversos del mundo.

CG3 - Poseer una visión integradora que permita una mejor comprensión de los procesos que inciden en la pérdida de biodiversidad.

CG4 - Dominar habilidades para comunicar conocimientos y conclusiones a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

CG5 - Elaborar proyectos con posibilidades de financiación tanto por instituciones publicas como privadas.

Transversales

CT3 - Desarrollar actitudes de ética y responsabilidad profesional, así́ como el respeto a la diversidad cultural.

CT4 - Desarrollar la capacidad de síntesis, organización, argumentación y análisis de la información.

CT5 - Aprender a trabajar en equipos multidisciplinares y asumir funciones de liderazgo en trabajos colectivos.

CT6 - Aprender a diseñar y organizar el propio trabajo, fomentando la iniciativa y el espíritu emprendedor.

CT7 - Capacidad de convivencia y trabajo en grupo en condiciones adversas.

CT8 - Organización de expediciones y trabajo de campo.

CT9 - Capacidad de comunicación con los actores sociales en el campo de la conservación (comunidades indígenas, autoridades, investigadores, tomadores de decisiones, propietarios de terrenos, etc.).

Específicas

CE1 - Adquirir una formación especializada en el marco científico y técnico del estudio de la biodiversidad en biotas tropicales.

CE3 - Dominar los conocimientos fundamentales y específicos para diseñar y ejecutar proyectos profesionales y de investigación teniendo en cuenta el contexto de los países en que se ejecutaría.

CE4 - Dominar los conocimientos fundamentales y específicos para diseñar y ejecutar planes de uso y gestión del territorio que se integren en la filosofía del desarrollo sostenible.

CE5 - Saber planificar y gestionar los usos de las biotas tropicales asegurando su sostenibilidad ambiental, equilibrando los usos e intereses con la preservación de sus características naturales.

CE6 - Adquirir los conocimientos fundamentales y específicos para desarrollar su actividad profesional en el ámbito de la consultoría y asesoramiento a la Administración y a las empresas.

Actividades formativas

AF1.- Clases teóricas y/o prácticas (18 horas - 100% presencialidad)

AF2.- Análisis de casos (4 horas - 10% presencialidad)

AF3.- Preparación de materiales (2 horas - 10% presencialidad)

AF4.- Trabajo autónomo (10 horas - 0% presencialidad)

AF5.- Realización de talleres prácticos (4 horas - 100% presencialidad)

AF8.- Tutorías (2 horas - 100% presencialidad)

Metodologías docentes

Cada tema se introducirá mediante una sesión teórica de mañana de 4 horas, con dos interrupciones, seguidas de la sesión práctica en el laboratorio necesaria para completar el trabajo correspondiente al tema (3 o 4 horas).

Las sesiones prácticas incluirán el uso de ordenadores y software específico. En estas sesiones se expondrán los fundamentos para la aplicación de estos programas y los alumnos dispondrán de unos conjuntos de datos con los que realizar los diferentes análisis; los ejemplos prácticos estarán enfocados preferiblemente en regiones tropicales.

Se formarán grupos de trabajo que realizarán el flujo de trabajo completo, analizarán los datos y presentarán los resultados en formato de artículo científico, que será discutido por estudiantes y profesorado, de tal forma que pueda evaluarse no sólo el resultado final, sino el planteamiento de hipótesis y la claridad expositiva.

Descripción del sistema de evaluación

SE1.- Evaluación del Trabajo Personal (ponderación mínima 30% y máxima 70%)

SE3.- Evaluación del Informe final (ponderación mínima 20% y máxima 40%)

SE4.- Evaluación de las presentaciones orales (ponderación mínima 30% y máxima 70%)

Profesor responsable

Profesorado

Horario

Bibliografía

BIBLIOGRAFÍA ESPECIALIZADA

Además de la bibliografía básica indicada más abajo se hará uso de los siguientes artículo científicos más específicos y actualizados, a los que se hace referencia en las clases.

Antonelli, A., Nylander, J.A., Persson, C. and Sanmartín, I. 2009. Tracing the impact of the Andean uplift on Neotropical plant evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences 106(24): 9749-9754.

Buerki, S., Forest, F., Alvarez, N., Nylander, J.A., Arrigo, N. and Sanmartín, I. 2011. An evaluation of new parsimony‐based versus parametric inference methods in biogeography: a case study using the globally distributed plant family Sapindaceae. Journal of Biogeography 38(3): 531-550.

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Klaus, S., Morley, R.J., Plath, M., Zhang, Y.P. and Li, J.T. 2016. Biotic interchange between the Indian subcontinent and mainland Asia through time. Nature communications, 7. doi:10.1038/ncomms12132

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Landis, M.J. 2014. Bodega 2014: Bayesian biogeography lab.

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