Current and future distribution of stingless bees in Brazil: identifying potential threats to species conservation

Abstract

O presente estudo teve como objetivo (i) estimar a distribuição de espécies de dez Melipona no Brasil, (ii) quantificar as mudanças recentes no uso da terra abrangendo as áreas estimadas como adequadas para essas abelhas, (iii) verificar a eficácia das áreas protegidas no Brasil (APs) para a conservação das mesmas, (iv) avaliar como as mudanças climáticas afetarão a distribuição geográfica das espécies, bem como (v) estimar as áreas climaticamente estáveis para as espécies em diferentes cenários de mudanças climáticas. Para isso utilizou-se modelos de nicho ecológico usando o algoritmo de entropia máxima implementado no software MaxEnt. Este algoritmo estima a probabilidade cumulativa de entropia máxima com base em registros de ocorrência de espécies e variáveis ambientais. Ademais, análises espaciais foram utilizadas para quantificar as recentes mudanças no uso da terra dentro das áreas de distribuição estimadas para as espécies de Melipona, bem como avaliar a eficácia das APs para a conservação das abelhas sem ferrão. Os modelos climáticos ajustados para as condições climáticas do presente foram projetados para condições futuras previstas para 2050 e 2070 usando dois cenários de mudança climática fornecidos pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (RCP 4.5 e RCP 8.5). As áreas preditas como adequadas para as espécies de Melipona estão distribuídas em diferentes regiões e biomas do Brasil. As espécies Melipona melanoventer Schwarz, 1932, Melipona seminigra abunensis Cockerell, 1912, Melipona flavolineata Friese, 1900, Melipona fasciculata Smith, 1854, Melipona amazonica Schulz, 1905, Melipona subnitida Ducke, 1910 e Melipona paraensis Ducke, 1916 estão distribuídas principalmente em áreas naturais, enquanto Melipona scutellaris Latreille, 1811, Melipona quadrifasciata anthidioides Lepeletier, 1836 e Melipona quadrifasciata quadrifasciata Lepeletier, 1836 ocorrem predominantemente em mosaicos de agricultura e remanescentes florestais. A espécie M. paraensis apresentou a maior porcentagem (31.54%) de suas áreas adequadas cobertas por APs e M. scutellaris a menor (6.54%). As mudanças recentes no uso da terra dentro da distribuição das espécies de Melipona, particularmente a conversão de áreas naturais para uso agrícola, indicam que isso pode afetar negativamente esses polinizadores e consequentemente os serviços ecossistêmicos promovidos por eles. As APs brasileiras apresentaram pouca eficácia para a conservação das espécies estudadas. Os modelos predizem que sete das dez espécies irão enfrentar uma redução nas suas áreas climaticamente adequadas e três encontrarão um aumento em suas áreas nos cenários climáticos futuros avaliados. Dado o papel fundamental que essas espécies desempenham como polinizadores nos ecossistemas agrícolas e naturais, isso pode gerar graves consequências para a produção de alimento e conservação de espécies de plantas nativas.

Abstract : The present study aimed to (i) predict the potential distribution of ten Melipona species in Brazil, (ii) quantify the recent changes in land use within the predicted suitable ranges for the stingless bees, (iii) assess the efficacy of Brazilian Protected Areas (PAs) for conservation of the studied species, (iv) evaluate whether climate change will affect the distribution of these species, as well as (v) estimate the climatically stable areas for the species in different years and scenarios of climate change. We applied Ecological Niche Modeling using the maximum entropy algorithm implemented in the software MaxEnt. This algorithm estimates the cumulative probability of maximum entropy based on species occurrence records and environmental data. Additionally, we used Geographic Information System analysis to quantify recent land use changes within the distribution ranges of the Melipona species and assess the efficacy of PAs for the conservation of the stingless bees. The models fitted to the current climatic conditions were projected onto the future climatic conditions predicted for 2050 and 2070 using two different climate change scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5) provided by the Intergovernmental Panel on Climate Change. The areas predicted as suitable for Melipona species are distributed in different regions and biomes of Brazil. The species Melipona melanoventer Schwarz, 1932, Melipona seminigra abunensis Cockerell, 1912, Melipona flavolineata Friese, 1900, Melipona fasciculata Smith, 1854, Melipona amazonica Schulz, 1905, Melipona subnitida Ducke, 1910 and Melipona paraensis Ducke, 1916 are mostly distributed in areas with natural vegetation, while Melipona scutellaris Latreille, 1811, Melipona quadrifasciata anthidioides Lepeletier, 1836 and Melipona quadrifasciata quadrifasciata Lepeletier, 1836 occurs predominantly in areas with mosaic of agriculture and forest remnants. The species M. melanoventer, M. s. abunensis, M. flavolineata, M. fasciculata, M. amazonica, M. subnitida and M. paraensis are mostly distributed in natural areas while the species M. scutellaris, M. q. anthidioides and M. q. quadrifasciata occur predominantly in areas with mosaic between agriculture and forest remnants. The species M. paraensis presented the highest percentage (31.54%) of their suitable range covered by PAs and M. scutellaris the lowest (6.54%). The recent changes in land use within the distribution ranges of Melipona species, particularly conversion of natural areas for agricultural use, indicates that it might negatively affect these pollinators, and consequently the ecosystem services they provide. Brazilian protected areas presented poor effectiveness for the conservation of the studied species. Our models predicted that seven out of ten species will face a reduction in their suitable areas and three species will find an increase in the available suitable areas in the different climate change scenarios evaluated. Given the key role the stingless bees play as pollinators in natural and agroecosystems, this may have serious consequences for the food production and conservation of the native plant species.