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Research Article

Species distribution modeling in the tropics: problems, potentialities, and the role of biological data for effective species conservation. [ 319-352 ]

L. Cayuela, D.J. Golicher, A. Newton, M. Kolb, F.S. de Alburquerque, E.J.M.M. Arets, J.R.M. Alkemade and A.M. Pérez

Abstract
In this paper we aim to investigate the problems and potentialities of species distribution modeling (SDM) as a tool for conservation planning and policy development and implementation in tropical regions. We reviewed 123 studies published between 1995 and 2007 in five of the leading journals in ecology and conservation, and examined two tropical case studies in which distribution modeling is currently being applied to support conservation planning. We also analyzed the characteristics of data typically used for fitting models within the specific context of modeling tree species distribution in Central America. The results showed that methodological papers outnumbered reports of SDMs being used in an applied context for setting conservation priorities, particularly in the tropics. Most applications of SDMs were in temperate regions and biased towards certain organisms such as mammals and birds. Studies from tropical regions were less likely to be validated than those from temperate regions. Unpublished data from two major tropical case studies showed that those species that are most in need of conservation actions, namely those that are the rarest or most threatened, are those for which SDM is least likely to be useful. We found that only 15% of the tree species of conservation concern in Central America could be reliably modelled using data from a substantial source (Missouri Botanical Garden VAST database). Lack of data limits model validation in tropical areas, further restricting the value of SDMs. We concluded that SDMs have a great potential to support biodiversity conservation in the tropics, by supporting the development of conservation strategies and plans, identifying knowledge gaps, and providing a tool to examine the potential impacts of environmental change. However, for this potential to be fully realized, problems of data quality and availability need to be overcome. Weaknesses in current biological datasets need to be systematically addressed, by increasing collection of field survey data, improving data sharing and increasing structural integration of data sources. This should include use of distributed databases with common standards, referential integrity, and rigorous quality control. Integration of data management with SDMs could significantly add value to existing data resources by improving data quality control and enabling knowledge gaps to be identified.

En este trabajo se investigan los problemas y potencialidades de los modelos de distribución de especies (SDM de sus siglas en inglés) como una herramienta para el desarrollo e implementación de estrategias y políticas de conservación en regiones tropicales. Se revisaron 123 estudios publicados entre 1995 y 2007 en cinco de las revistas científicas más influyentes en el campo de la ecología y la conservación, y se examinaron dos casos de estudio en regiones tropicales en los cuales los modelos de distribución de especies se han utilizado para diseñar planes de conservación a nivel regional. También se analizaron las características de datos típicamente utilizados para ajustar modelos de distribución de especies, tomando como ejemplo la distribución de árboles en Centroamérica. Los resultados mostraron que los trabajos metodológicos superan a los estudios que utilizan los modelos de distribución de especies en un contexto más aplicado para definir prioridades de conservación, especialmente en los trópicos. La mayoría de las aplicaciones de los modelos de distribución de especies se han desarrollado en regiones templadas y están sesgadas hacia ciertos organismos, como mamíferos y aves. Además, en regiones tropicales, los modelos están, por lo general, menos validados que en zonas templadas. Dos casos de estudio no publicados en revistas científicas mostraron que las especies que más necesitan la implementación de medidas de conservación, concretamente las más raras y amenazas, son aquellas para las cuales los modelos de distribución de especies tienen menos probabilidades de ser aplicados con éxito. En Centroamérica, tan solo el 15% de las especies de árboles pudieron ser modeladas utilizando una fuente sustancial de registros obtenidos de la base de datos VAST del Missouri Botanical Garden. La ausencia de datos limita la validación de los modelos en áreas tropicales, lo que a su vez restringe considerablemente la aplicación de los modelos de distribución de especies. A pesar de dichas limitaciones, los modelos de distribución de especies tienen un gran potencial para la conservación de la biodiversidad de los trópicos, pudiendo contribuir al desarrollo de planes y estrategias de conservación, la identificación de vacíos de información y la generación de herramientas que examinen el impacto potencial de los cambios ambientales sobre la distribución de las especies. Sin embargo, para que este potencial sea aprovechado al máximo, es importante considerar algunos de los problemas relacionados con la falta de datos y su calidad. Para ello, es necesario abordar sistemáticamente las debilidades de algunas de las bases de datos biológicos existentes incrementando los muestreos de campo, mejorando el intercambio de datos y la integración estructural de distintas fuentes de datos. Esto incluye el uso de bases de datos distribuidas bajo estándares comunes, la integridad referencial y el control riguroso de la calidad de los datos. La integración de la gestión de datos a través de modelos de distribución de especies aportaría un valor añadido a las fuentes de datos actuales al mejorar el control de su calidad y permitir la identificación de vacíos de información.


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 General interest news article


General interest summaries (when available)
    English: In order to conserve the world's biodiversity we need to know where species are found. We also need to predict where they might be found if the climate changes or human activity alters habitats. One way of gaining such knowledge is through field studies. Such work on the ground produces lists of species and adds to museum collections. However many tropical areas have not yet been visited by scientists. Even the most detailed studies from the best known areas of the tropics are far from exhaustive. This means that accurate distribution maps are not available for many tropical species. In order to address the problem increasingly sophisticated computer models have been designed that aim to predict where species might occur based on current knowledge. These models can often add a great deal of value to the limited information available. However, models are only as good as the data from which they are built. This study looks closely at recent attempts to apply species distribution modeling to guide conservation in the tropics. A review of the literature suggested that models built for the most threatened species are still likely to be the least reliable. We found that output from species distribution models is rarely being used when setting conservation priorities. The difficulty is due to a chronic shortfall in the quantity and quality of data used to build models. Although there have been many improvements in the algorithms used for modeling, these advances can not be expected to address underlying weakness of the data. Our work points out the need to continue to work on improved frameworks for sharing scarce yet invaluable data on tropical biodiversity. We also suggest that a more systematic approach to future data generation is needed in order to fill key gaps in the knowledge base used for tropical conservation.

    Español: Modelos de distribución de especies en los trópicos: problemas, potencialidades y el papel de las bases de datos en la conservación de las especies. Para conservar la biodiversidad es necesario saber dónde están las especies. También es importante predecir dónde podrían estar en caso de que el clima cambiase o las actividades humanas alterasen su hábitat natural. Una forma de adquirir este conocimiento es a través de estudios de campo. Dichos estudios producen listados de especies y muestras para las colecciones de museos y herbarios. Sin embargo, muchas zonas tropicales todavía no han sido estudiadas ni inventariadas. Incluso los trabajos más detallados de las áreas mejor conocidas en los trópicos distan mucho de ser exhaustivos. Esto significa que no hay disponibles mapas precisos sobre la distribución de muchas especies tropicales. Para solventar este problema, se han desarrollado en los últimos años modelos estadísticos cada vez más sofisticados, con el fin de predecir el rango de distribución de las especies a partir de localizaciones concretas dónde su presencia es conocida. La aplicación de dichos modelos en los trópicos está limitada, no obstante, por la falta de bases de datos biológicas de suficiente tamaño y calidad. Esto restringe mucho la cantidad de conocimiento que se puede derivar del desarrollo metodológico de los propios modelos. En este estudio se investigan algunos de los problemas encontrados en la aplicación de modelos de distribución de especies a programas de conservación en zonas tropicales. Una revisión de la literatura científica sugiere que los modelos utilizados para la mayoría de las especies amenazadas son poco fiables y, por tanto, de poca utilidad. También se encontró que la información derivada de los propios modelos es rara vez utilizada en la práctica para establecer prioridades de conservación. La dificultad para generar modelos fiables y robustos radica, frecuentemente, en la escasa calidad y cantidad de los datos utilizados para construir dichos modelos. Aunque ha habido muchos avances en el desarrollo de los algoritmos usados en los modelos, no es realista esperar que dichos avances compensen las propias debilidades de los datos utilizados. Este trabajo enfatiza la necesidad de continuar trabajando en mejorar los protocolos para compartir datos biológicos que, aunque escasos, pueden tener un gran valor en términos de representación de la biodiversidad. También se sugiere promover un enfoque más sistemático para la generación de nuevos datos en el futuro, con el fin de rellenar vacíos de información en el conocimiento actual sobre la distribución de las especies.
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Volume 2: Issue 3
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