Rarity, fragmentation, and the scale-dependence of extinction risk in desert fishes

Authors: Fagan, William F.*1, Unmack, Peter J.2

Year: 2003 (xxxv)

Abstract

Theoretical efforts and small-scale experiments have given rise to the widespread belief that the fewer occurrences a species has or the more fragment ed its distribution is, the more vulnerable that species should be to extinction. Lacking, however, are large-scale studies exploring the connection between these aspects of spatial rarity and local extinction risk across many species. We present a landscape-level, biogeographic test of this widely assumed linkage. Using a unique dataset detailing the occurrence patterns of native freshwater fishes of the Sonoran Desert (compiled by W. L. Minckley), we obtained several measures of spatial rarity fo reach of 25 species. Some of these rarity measures were scale-dependent, and one, the “scale-area slope, “ was independent of spatial scale. This slope statistic, which characterized the degree to which species’ ranges were historically fragmented, proved a consistently strong predictor of extinction risk, and reached a maximum of predictability at intermediate scales. At the 100-km scale, historic range fragmentation explained over 90% of the among-species variance in realized extinction risk, and desert fish species with the most fragmented historic distributions were more than nine times more likely to be currently absent from a given stream reach than were species with the most continuous distributions. In contrast, the number of reaches occupied (as defined on a series of hierarch ical scales) was a significant predictor of extinction risk only if fragmentation had not already been accounted for, and decreased in importance as scale increased. These findings have three major implications. First, they underscore what a strong link exists between spatial distribution and vulnerability to extinction. Seco nd, they clarify that the link exists even at the landscape-level and across an entire biogeographic fauna. Last, they demonstrate how extinction risk can be a scale-dependent phenomenon that is affected by aspects of species’ distributions operating at both finer and coarser scales.

Resumen

Rareza, fragmentación y escala de dependencia al riesgo de extinción en peces del desierto Los esfuerzos teóricos y experimentos a pequeña es cala, han dado lugar a la creencia común de que entre más escasa sea la ocurrencia de una especie o más fragmentada sea su distribución dicha especie es más vulnerable a la extinción. Sin embargo, se carece de estudios a largo plazo que exploren la conección entre los aspectos de rareza espacial y riesgo de extinción local con respecto a muchas especies. Se presenta un análisis biogeográfico a nivel de panorama general referente a este asumido vínculo. Usando un grupo de datos único que detallan los patrones de ocurrencia de peces de agua dulce nativos del Desierto de Sonora (compilado por W. L. Minckley), se obtuvieron varios valores de rareza espacial para 25 especies. Algunas de esos valores de rareza fueron dependientes de la escala y uno, “la pendiente del área de escala”, fue independiente de la escala espacial. Esta pendiente estadística, que caracterizó el grado en el que los intervalos de la s especies estuvieron históricamente fragmentados, demostró ser un fuerte predictor de riesgo de extin ción, y alcanzó un máximo de predicción en escalas

intermedias. En la escala de 100 km, el intervalo histórico de fragmentación explicó más del 90% de la varianza entre especies en un riesgo de extinción reconocido, y las especies de peces del desierto con las distribuciones más fragmentadas históricamente, fueron más de nueve veces más susceptibles a estar actualmente ausentes de una porción dada de una corr iente, que lo que estuvieron las especies con las distribuciones más continuas. Por el contrario, el número de porciones ocupadas (definidas en una serie de escalas jerárquicas) fue un predictor significativo del riesgo de extinción sólo si la fragmentación no se había ya tomado en cuenta, y disminuyó en importancia conforme la escala incrementó. Estos resultados tienen tres principales implicaciones. Primero, enfatizan el fuerte vínculo que existe entre la distribución espacial y la vulnerabilidad a la extinción. Segundo, clarifican que el vínculo existe aún a nivel de panorama general y a través de toda una fa una biogeográfica. Por último, demuestran cómo el riesgo de extinción puede ser un fenómeno dependiente de la escala a la que sucede, que es influenciada por aspectos de la distribución de las especies que operan a niveles tanto burdos como más finos. Garcia-Ramirez, Maria Elena*; Lozano-Vilano, Maria de Lourdes (Lab. Ictiología, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Nuevo León, Ap. Postal 425, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México 66450) Status and distribution of fishes in sele cted areas of the Cuatro Ciénegas Valley, Coahuila, México ABSTRACT Ichthyology Laboratory personnel of the Biological Sciences Faculty at the Universidad Autónoma de Nuevo León, have been carrying out studies on fishes and their habitats in 10 spring-pools in the Cuatro Ciénegas Valley, Coahuila. Samples were collected monthly for one year, resulting in 447 specimens representing seven families (Characidae, Cyprinidae, Cyprinodontidae, Fundulidae, Poeciliidae, Centrarchidae and Cichlidae), 10 genera and 10 species (two exotic). Six species are endemic to the valley and four are native. Zoogeographically, four families are nearctic and three are neotropical. Ecophysiologically, two families are primary and five are secondary. The most-widely distributed species are Astyanax mexicanus and Gambusia marshi. The physicochemical water quality of the springs examined displayed a wide range of anions represented by sulfates. Calcium and magnesium were the dominant cations. A canonical discriminant analysis of water quality demonstrates that the pools Las Argollas, Orozco, Churince and Juan Santos are salin e, while pools El Anteojo, Poza Grande, Los Tulares, El Robalo, Huizachal and Tí a Tecla are freshwater. Aquatic plants include Nymphaea sp. and Chara sp. RESUMEN Estatus y distribución de los peces en áreas selectas del Valle de Cuatro Ciénegas, Coahuila. México El personal del Laboratorio de Ictiología de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León ha conducido investigaciones sobre los peces y sus hábitats de 10 pozas de manantial del Valle de Cuatro Ciénegas, Coahuila. Se analizaron los ejemplares obtenidos en las colectas mensuales durante un año en las que se obtuvieron 447 ejemplares, que representan siete familias (Characidae, Cyprinidae, Cyprinodontidae, Fundulidae, Poeciliidae, Centrarchidae y Cichlidae) 10 géneros y 10 especies (dos exóticas); seis de ellas son endémicas al valle y cuatro son nativas. Según su origen zoogeográfico, cuatro familias son neárticas y tres neotropicales. De acuerdo a su ecofisiología, dos familias son primarias, y cinco son secundarias. Las especies más ampliamente distribuidas son Astyanax mexicanus y Gambusia marshi . La calidad fisicoquímica del agua de las pozas examinadas mostraron amplios rangos de los an iones representados por los sulfatos, en cuanto a los cationes dominantes en orden de abundancia fueron calcio y magnesio. El análisis canónico discriminante para la calidad del agua indicó que las pozas Las Argollas, Orozco, Churince y Juan Santos son sistemas salinos, mientras que El Anteojo, Poza Grande, Los Tulares, El Robalo, Huizachal, y Tía Tecla son sistemas de agua dulce. Entre las plantas acuáticas se encuentran Nymphaea sp. y Chara sp.