O que é o índice de Shannon e para que serve? - Ciência - 2023

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o Índice de Shannon, também conhecido na literatura como Shannon-Weaver, é usado para quantificar a biodiversidade específica. O símbolo H 'é usado para representá-lo, e seus valores variam entre números positivos, geralmente entre 2, 3 e 4.Na literatura, esse índice é um dos mais populares para medir a biodiversidade.

O índice leva em consideração o número de espécies existentes na amostra e o número relativo de indivíduos existentes para cada uma das espécies. Ou seja, contempla a riqueza e abundância das espécies.

Como a fórmula envolvida em seu cálculo envolve um logaritmo, não há valor máximo para o índice. Porém, o valor mínimo é zero, indicando ausência de diversidade - condição que existe em uma monocultura, por exemplo, onde existe apenas uma espécie.

Valores menores que 2 são interpretados como ecossistemas com uma diversidade de espécies relativamente baixa, enquanto valores maiores que 3 são altos. As regiões desérticas são exemplos de ecossistemas não muito diversos.

As florestas tropicais e recifes, em contraste, são ecossistemas com uma biodiversidade de espécies bastante elevada.

Perspectiva histórica

O índice de Shannon foi proposto por Claude Elwood Shannon (1916 - 2001), com o objetivo de encontrar uma medida que quantificasse a entropia. Este pesquisador era um matemático e engenheiro elétrico, originário dos Estados Unidos.

Existe alguma confusão com o nome real do índice. O nome completo é índice de Shannon-Weiner. No entanto, em muitas ocasiões os autores se referem a ele como o índice de Shannon-Weaver.

Esse erro ocorreu, em parte, porque Claude Shannon trabalhou em colaboração com o matemático Warren Weaver em várias ocasiões.

Definição

A diversidade é um dos parâmetros mais importantes usados para descrever os ecossistemas.

O índice de Shannon é um índice que busca medir a diversidade de espécies, considerando sua uniformidade. É uma aplicação da teoria da informação e baseia-se na ideia de que maior diversidade corresponde a maior incerteza na escolha aleatória de uma espécie específica.

Em outras palavras, o índice formula a uniformidade dos valores de importância em todas as espécies da amostra.

Pode assumir os seguintes valores mínimo e máximo: zero indica que existe apenas uma espécie, enquanto o logaritmo de S (número total de espécies na amostra) significa que todas as espécies são representadas pelo mesmo número de indivíduos.

Suponha que temos um ecossistema hipotético com apenas duas espécies. Vamos pensar também que eles estão na mesma frequência (eles são equifrequentes). Assim, a incerteza é de 50%, uma vez que as duas alternativas são igualmente possíveis.

A identificação que dá certeza é a unidade de informação, chamada "bit". Se tivermos, por exemplo, quatro espécies equifrequentes, a diversidade será de dois bits.

Fórmula

Matematicamente, o índice de Shannon é calculado por meio da seguinte expressão:

H ’ = – Σ pi em pi

Na expressão de índice, a variável pi representa a abundância proporcional das espécies Eu, calculado como o peso seco da espécie, dividido, por sua vez, pelo peso seco total da amostra.

Dessa forma, o índice quantifica a incerteza na predição da identidade de espécie de um indivíduo que é retirada aleatoriamente de uma amostra.

Além disso, a base do logaritmo utilizado na expressão pode ser escolhida livremente pelo pesquisador. O próprio Shannon discutiu os logaritmos na base 2, 10 e e, onde cada um correspondia a diferentes unidades de medidas.

Assim, as unidades são dígitos binários ou bits, dígitos decimais e dígitos naturais, para as bases 2, 10 e e, respectivamente.

Vantagem

O índice de Shannon é um dos mais utilizados na pesquisa ecológica, pois sua aplicação traz certas vantagens, se comparado a outros índices de diversidade relativamente populares.

Primeiro, o índice não é significativamente afetado pelo tamanho da amostra. Diversos estudos buscaram encontrar o efeito do tamanho da amostra e concluíram que, de fato, o tamanho da amostra tem um efeito muito tênue nas medidas da diversidade das espécies.

Em segundo lugar, a aplicação do índice leva à captura de uma grande quantidade de informações, em apenas uma expressão matemática. Este é um recurso muito útil se você deseja comunicar uma quantidade significativa de informações a um público amplo.

Além disso, colocar um índice "no contexto" é crucial para sua interpretação. A primeira parte é reconhecer os valores máximo e mínimo que ele retorna. No índice de Shannon é fácil ver que o máximo corresponde ao Log S, Onde S é riqueza e o mínimo é 0.

Uniformidade

O índice de Shannon é baseado em um conceito muito relevante em ecologia: uniformidade. Este parâmetro se refere ao grau em que as espécies estão representadas em toda a amostra.

Os extremos incluem uma única espécie dominante e outras espécies presentes em números muito baixos (valores de uniformidade próximos a 0), para todas as espécies representadas por números iguais (valores de uniformidade próximos a 1).

A uniformidade desempenha um papel fundamental na análise ecológica da diversidade. Por exemplo, em comunidades mais uniformes, o índice de Shannon se torna mais sensível à riqueza.

Aplicabilidade

Os índices de diversidade são amplamente utilizados no monitoramento, do ponto de vista ecológico e de conservação de espécies ameaçadas de extinção.

Os índices de diversidade de espécies têm a particularidade de resumir uma grande e importante quantidade de dados que podem ser usados para inferir características populacionais.

Esse índice tem sido usado para estudar os diferentes efeitos de distúrbios e estresse sobre a diversidade de comunidades, tanto de animais quanto de plantas, pois fornece informações complexas com base no número de espécies e uniformidade.

Por último, a ligação entre a diversidade dos ecossistemas e sua resiliência tem sido objeto de amplo debate. Alguns estudos têm conseguido corroborar essa abordagem.

Referências

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