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Keywords:

  • biodiversity;
  • conservation;
  • dispersal;
  • graph theory;
  • reserve design;
  • umbrella species
  • biodiversidad;
  • conservación;
  • diseño de reservas;
  • dispersión;
  • especie paraguas;
  • teoría de grafos

Abstract: Protected areas must be close, or connected, enough to allow for the preservation of large-scale ecological and evolutionary processes, such as gene flow, migration, and range shifts in response to climate change. Nevertheless, it is unknown whether the network of protected areas in the United States is connected in a way that will preserve biodiversity over large temporal and spatial scales. It is also unclear whether protected-area networks that function for larger species will function for smaller species. We assessed the connectivity of protected areas in the three largest biomes in the United States. With methods from graph theory—a branch of mathematics that deals with connectivity and flow—we identified and measured networks of protected areas for three different groups of mammals. We also examined the value of using umbrella species (typically large-bodied, far-ranging mammals) in designing large-scale networks of protected areas. Although the total amount of protected land varied greatly among biomes in the United States, overall connectivity did not. In general, protected-area networks were well connected for large mammals but not for smaller mammals. Additionally, it was not possible to predict connectivity for small mammals on the basis of connectivity for large mammals, which suggests the umbrella species approach may not be an appropriate design strategy for conservation networks intended to protect many species. Our findings indicate different strategies should be used to increase the likelihood of persistence for different groups of species. Strategic linkages of existing lands should be a conservation priority for smaller mammals, whereas conservation of larger mammals would benefit most from the protection of more land.

Resumen: Las áreas protegidas deben estar lo suficientemente cercanas, o conectadas, para permitir la preservación de procesos ecológicos y evolutivos a gran escala, como el flujo genético, la migración y los cambios de distribución en respuesta al cambio climático. Sin embargo, se desconoce sí la red de áreas protegidas en los Estados Unidos está conectada de manera que preserve la biodiversidad en escalas temporales y espaciales grandes. Tampoco está claro sí las redes de áreas protegidas que funcionan para especies mayores funcionarán para especies más pequeñas. Evaluamos la conectividad de las áreas protegidas en las tres biomas más grandes en los Estados Unidos. Con métodos derivados de la teoría de grafos – una rama de las matemáticas que trata con la conectividad y el flujo – identificamos y medimos redes de áreas protegidas para tres grupos diferentes de mamíferos. También examinamos el valor de la utilización de especies paraguas (típicamente mamíferos de talla grande y amplio rango de distribución) en el diseño de redes de áreas protegidas a gran escala. Aunque la cantidad total de terrenos protegidos varió enormemente entre biomas en los Estados Unidos, no fue así con la conectividad. En general, las redes de áreas protegidas estuvieron bien conectadas para mamíferos mayores pero no para mamíferos más pequeños. Adicionalmente, no fue posible predecir la conectividad para mamíferos pequeños con base en la conectividad para mamíferos mayores, lo que sugiere que el enfoque de especie paraguas puede ser una estrategia de diseño inapropiada para redes de conservación que intentan proteger muchas especies. Nuestros hallazgos indican que se deben utilizar diferentes estrategias para incrementar la probabilidad de persistencia de diferentes grupos de especies. La conexión estratégica de terrenos existente debe ser una prioridad para la conservación de mamíferos pequeños, mientras que la conservación de mamíferos mayores se beneficiaría más con la protección de más terrenos.