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Painel: Coleções e Sistemas de Informação para Biodiversidade A experiência do CRIA com bancos de dados e sistemas de informação Dora Ann Lange Canhos.

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1 Painel: Coleções e Sistemas de Informação para Biodiversidade A experiência do CRIA com bancos de dados e sistemas de informação Dora Ann Lange Canhos

2 O desafio social.... Renato Dagnino (2001)

3 O Papel da Comunidade Científica A democratização política e econômica depende de uma “ciência” voltada para as necessidades sociais.A democratização política e econômica depende de uma “ciência” voltada para as necessidades sociais. A resolução dos problemas ambientais e o planejamento de um futuro sustentável exigem:A resolução dos problemas ambientais e o planejamento de um futuro sustentável exigem:  Competência  Articulação: diferentes segmentos, diferentes níveis (local, nacional, regional, internacional)  Informação científica de qualidade

4 Coleções científicas: feudos ou centros de pesquisa colaborativa? Coleções biológicas têm sido repositórios estáticos de informaçãoColeções biológicas têm sido repositórios estáticos de informação A coleta é feita como se a natureza fosse segmentadaA coleta é feita como se a natureza fosse segmentada A natureza não vive assim, no entanto insistimos em organizar e disseminar a informação como feudos.A natureza não vive assim, no entanto insistimos em organizar e disseminar a informação como feudos. A pesquisa e conservação da biodiversidade requer um tratamento multidisciplinarA pesquisa e conservação da biodiversidade requer um tratamento multidisciplinar

5 Coleções Biológicas: mudança de paradigma Não podem ser uma mera constatação da existência de determinados espécimens no passado.Não podem ser uma mera constatação da existência de determinados espécimens no passado. Missão: documentar, compreender e educar o mundo sobre a vida no nosso planeta, passado e presente (e futuro).Missão: documentar, compreender e educar o mundo sobre a vida no nosso planeta, passado e presente (e futuro). Centros pró-ativos na pesquisa, educação e conservação da biodiversidade.Centros pró-ativos na pesquisa, educação e conservação da biodiversidade. No entanto o seu impacto na política e estratégia global de biodiversidade é mínimo se não houver uma integração da informação com dados geofísicos e sociais.No entanto o seu impacto na política e estratégia global de biodiversidade é mínimo se não houver uma integração da informação com dados geofísicos e sociais.

6 Novas tecnologias de informação e comunicação: Novas tecnologias de informação e comunicação:  permitem prever o desencadeamento de uma cultura cooperativa e colaborativa antes inimaginável. O desafio: O desafio:  a articulação da comunidade  a definição de padrões mínimos (integração de dados de fontes diversas)  o desenvolvimento e uso de ferramentas de integração de dados e de interoperabilidade de sistemas  a produção de sínteses e diagnósticos inteligíveis aos mais diversos segmentos da sociedade organizada

7 7 Sistema de Informação “ traduzido” em campos mínimos comuns, vocabulário controlado, formatos comuns Tecnicamente viável: interoperabilidade, depósito de dados considerado Algo complexo impossível Algo possível Provedor tem total controle dos dados Torna-se torna-se propriedade curadoria Se

8 O papel do CRIA Uma Organização Social de Interesse Público – OSCIP Informática para biodiversidade:  pesquisa  desenvolvimento  serviços ComunidadeCientífica Público Alvo CRIA

9 Política do CRIA Uso de software de domínio público  Linux (sistema operacional)  Apache Web Server  Linguagens de programação: Java e Perl  PostgreSQL Database Management System Padrões abertos para interoperabilidade  XML (Extensible Markup Language)  XSL (Extensible Stylesheet Language)  XML Schema  SOAP (Simple Object Access Protocol)  HTTP (Hypertext Transfer Protocol)  Distributed Generic Information Retrieval (DiGIR)

10 Tipo de Informação  Taxonômica  Ecológica  Genética  Histórica  Bibliográfica  Textos  Imagens  Sons  Mapas  Aplicativos Nome da Espécie Posição Geográfica

11 11 Tipos de Sistemas de Informação  Centralizados  Distribuídos  Mistos (parte centralizada parte distribuída)

12 Sistemas Centralizados Características:  Dados são armazenados em um servidor central  Provedores submetem os dados seguindo um formato pré-estabelecido Vantagens:  Baixa demanda por infra-estrutura junto ao provedor (informática, conectividade) Desvantagens:  Atualização off-line  Gargalo de processamento

13 Sistema Centralizado de Informação Provedores de dados Sistema Central Usuário

14 Maior problema: atualização Provedores de dados Sistema Centralizado Perigo: Rompimento entre o provedor e o sistema centralizado Usuário

15 Problema: distância usuário - provedor Provedores de dados Sistema Central Possível falta de interação entre o usuário e o provedor de dados Usuário

16 Sistemas Distribuídos Características:  Dados armazenados e gerenciados nos servidores dos provedores  Portal recebe consultas dos usuários e as distribui aos provedores.  Integra os resultados e devolve ao usuário Vantagens:  Atualização em tempo real  Consultas são distribuídas  Autoria (custodianship) Desvantagens:  Requer boa infra-estrutura computacional dos provedores  Requer boa conectividade  Exige uma capacidade de integração de sistemas heterogêneos

17 Sistema Distribuído Gateway de Dados Aplicativos: Catálogo Virtual Modelagem.... Col 1 Col 2Col 3 Internet 2

18 Sistema Misto Gateway de Dados Aplicativos: Catálogo Virtual Modelagem.... Col 1 Cache Node Banco de Dados Internet 2 Col 2Col 3 Col 4Col 5 Internet

19 Projetos CRIA Biota (Fapesp)  SinBiota  Revista Biota Neotropica  Website do Programa Biota/Fapesp O Instituto Virtual da Biodiversidade SICol (MCT/CNPq)  Website  Catálogo Virtual SpeciesLink (Fapesp)  Lifemapper (NSF)  Desktop Garp Hydro (Fapesp) Bioline Publications (U. Toronto, Bioline/UK)

20 SinBiota: Sistema Centralizado Provedor: pesquisadorProvedor: pesquisador Padronização da entrada de dadosPadronização da entrada de dados  ficha de coleta  Uso de GPS Alimentação ou alteração de dados: via Internet, pelo provedor (protegido por senhas)Alimentação ou alteração de dados: via Internet, pelo provedor (protegido por senhas)

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23 Banco de Dados

24 Base Cartográfica escala 1: Instituto Florestal

25 Busca por Andira humilis

26 “zoom”

27 Informação sobre a coleta

28 Lista de espécies associada à coleta

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30 Slide: Sidnei de Souza,

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40 Sistema de Informação de Coleções de Interesse Biotecnológico Apoio MCT/CNPq

41 41 Centros de Recursos Biológicos (CRB) Centros especializados que adquirem, validam, estudam e distribuem:Centros especializados que adquirem, validam, estudam e distribuem:  organismos "cultiváveis“ (microorganismos, tecidos de plantas e animais, células humanas)  partes replicáveis destes (genomas, plasmídeos, virus e bancos de cDNA)  organismos viáveis mas ainda não cultivados Centros de informaçãoCentros de informação Workshop "Science & Technology Infrastructure: Support for Biological Resource Centres", OECD

42 Restrições ao Acesso BiossegurançaBiossegurança Regulamentos de importação e exportaçãoRegulamentos de importação e exportação Proteção aos direitos de propriedade intelectualProteção aos direitos de propriedade intelectual Acordos de transferência de materialAcordos de transferência de material

43 O que precisa ser feito ? Fortalecimento seletivo das coleções existentesFortalecimento seletivo das coleções existentes Criação de novas coleçõesCriação de novas coleções Apoio ao desenvolvimento de um sistema de acreditação para os CRBApoio ao desenvolvimento de um sistema de acreditação para os CRB Estabelecimento de um sistema de informação global interoperável, conectando os CRB nacionaisEstabelecimento de um sistema de informação global interoperável, conectando os CRB nacionais Harmonização de políticas para parâmetros operacionais (leis e acordos nacionais e internacionais)Harmonização de políticas para parâmetros operacionais (leis e acordos nacionais e internacionais)

44 44 Evolução: Catálogo (CC) Centro de Dados (CRB)

45 Objetivos do SICol Servir de elemento integrador às diversas e diferenciadas coleções (CRBs).Servir de elemento integrador às diversas e diferenciadas coleções (CRBs). Atender à demanda por informação das coleções e dos usuários de insumos biológicos na área da biotecnologiaAtender à demanda por informação das coleções e dos usuários de insumos biológicos na área da biotecnologia Atender à demanda por informação dos formuladores de políticas públicas.Atender à demanda por informação dos formuladores de políticas públicas.

46 Modelo: CABRI – Common Access to Biological Resources and Information iniciativa da Comunidade Européiainiciativa da Comunidade Européia integra as principais coleções ex-situ da Europaintegra as principais coleções ex-situ da Europa desenvolveu um sistema “federado” de bancos de dados acessível via World Wide Webdesenvolveu um sistema “federado” de bancos de dados acessível via World Wide Web

47 CABRI – padronização dos dados dados mínimos, dados recomendados e dados completos para cada grupo taxonômico.dados mínimos, dados recomendados e dados completos para cada grupo taxonômico. permite a inclusão de dados históricospermite a inclusão de dados históricos permite a inserção de dados mais completospermite a inserção de dados mais completos

48 A realização de um diagnóstico sobre a arquitetura recomendada, com base na infra-estrutura e capacitação existente nas coleções e no ferramental disponível na Internet;A realização de um diagnóstico sobre a arquitetura recomendada, com base na infra-estrutura e capacitação existente nas coleções e no ferramental disponível na Internet; Desenvolvimento de um web siteDesenvolvimento de um web site A primeira fase do projeto envolveu:

49 na maioria dos casos, a documentação é básica (registro apenas de campos mínimos) e pouco estruturada (pouca/nenhuma utilização de vocabulário controlado e formatos comuns)na maioria dos casos, a documentação é básica (registro apenas de campos mínimos) e pouco estruturada (pouca/nenhuma utilização de vocabulário controlado e formatos comuns) a maioria dos sistemas de informação existentes está voltada para o atendimento da demanda interna e, portanto, poucas coleções têm a sua informação disponível na Internet.a maioria dos sistemas de informação existentes está voltada para o atendimento da demanda interna e, portanto, poucas coleções têm a sua informação disponível na Internet. muitas coleções não têm acesso à Internetmuitas coleções não têm acesso à Internet a grande maioria das coleções necessita de um melhor sistema de gerenciamento de seu acervoa grande maioria das coleções necessita de um melhor sistema de gerenciamento de seu acervo Diagnóstico

50 Diagnóstico: Arquitetura do Sistema Parâmetro: grau de informatização, padronização dos dados, qualidade do acesso Internet.Parâmetro: grau de informatização, padronização dos dados, qualidade do acesso Internet. Diagnóstico: centralizado (no momento)Diagnóstico: centralizado (no momento)Princípios: Os dados devem estar sob o total domínio, controle e responsabilidade do provedor da informaçãoOs dados devem estar sob o total domínio, controle e responsabilidade do provedor da informação Desenvolvimento do sistema: baseado em protocolos abertos (XML), “platform independent”, utilizando sempre que possível software de acesso público, não comercial.Desenvolvimento do sistema: baseado em protocolos abertos (XML), “platform independent”, utilizando sempre que possível software de acesso público, não comercial.

51 SICol (visão geral) Interface Web Bactérias Fungos Células Etc... Base de dados do SICol Centros de Recursos Biológicos Usuário Slide: Mauro Munhoz

52 Características do Sistema Autonomia completa das coleções em relação aos dados.Autonomia completa das coleções em relação aos dados. Desenvolvido completamente com base em ferramentas “open source”.Desenvolvido completamente com base em ferramentas “open source”. Visão homogênea, por parte dos usuários, de grupos distintos de microrganismos através de uma interface web.Visão homogênea, por parte dos usuários, de grupos distintos de microrganismos através de uma interface web. Compatibilidade com o padrão CABRI (Common Access to Biological Resources and Information).Compatibilidade com o padrão CABRI (Common Access to Biological Resources and Information).

53 Desenvolvido com ferramentas “open source” Ferramentas utilizadas:  Sistema operacional: Linux (www.linux.org)  Linguagem de programação: Perl (www.cpan.org)  Servidor web: Apache (www.apache.org)  Base de dados: PostgreSQL (www.postgres.org) Vantagens de ferramentas “open source”:  Rápida absorção de novas tecnologias  Compatibilidade com os padrões mais utilizados  Alto grau de estabilidade (bugs free)  Custo reduzido visto que as ferramentas são livres (gratuitas)

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58 Grupos de Microrganismos Bactérias e ArcheasBactérias e Archeas Fungos e levedurasFungos e leveduras Células animaisCélulas animais Células vegetaisCélulas vegetais PlasmídiosPlasmídios Pontas de prova de DNAPontas de prova de DNA Vírus VegetaisVírus Vegetais Vírus AnimaisVírus Animais BacteriófagosBacteriófagos

59 Novos desenvolvimentos:  sistema de informação distribuído integrador de coleções biológicas  ferramentas de modelagem de distribuição de espécies  aplicativos que utilizam os dados integrados da rede  Interoperabilidade interna (SinBiota,...) e externa (Species Analyst,...) Apoio Fapesp

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61 Gateway de Dados Aplicativos: Catálogo Virtual Modelagem Outros Col 1 Cache Node SinBiota Internet 2 Col 2Col 3 P1Pn Internet Species Analyst SICol CRB

62 Obstáculos e Desafios Conexão InternetConexão Internet Informatização dos AcervosInformatização dos Acervos  Software  Nome e Posição Geográfica Desenvolvimento de TecnologiaDesenvolvimento de Tecnologia  Interoperabilidade  Modelagem  Servidor de localidades  Servidor de nomes

63 Critérios para análise de sistemas de gerenciamento de coleções Critérios Estratégicos: 1.Continuidade do projeto 2.Mobilidade dos dados (importação/exportação) 3.Interoperabilidade de Sistemas 4.Software livre Características do sistema: 1.Customização / Personalização (atende às necessidades) 2.Facilidade / Intuitividade 3.Especificidade 4.Suporte a multimídia 5.Produtividade 6.Multiusuário Slide: Rafael Luis Fonseca Slide: Rafael Luis Fonseca

64 Desafios Desenvolvimento de Checklists e sua manutenção em processo contínuo de atualização.  Iniciativas internacionais: GBIF, Species 2000, ITIS,...  Iniciativas Nacionais: Flora Fanerogâmica do Estado de São Paulo, Programa Plantas do Nordeste,... Informatização de Coleções Biológicas Novos levantamentos: Lacunas de conhecimento  Áreas ou grupos taxonômicos pouco estudados Acompanhamento da tecnologia de informação e comunicação (hardware e software)

65 Catálogo da Vida: Global Biodiversity Information Facility

66 Utilização dos Pontos de Ocorrência das Espécies  Ocorrências de espécies são associadas a pontos específicos no espaço, permitindo a caracterização de necessidades ecológicas  Ocorrências de espécies são associadas a pontos específicos no tempo, permitindo a avaliação de mudanças temporais Slide: Marinez Ferreira de Siqueira

67 Integração dos dados Pontos de ocorrência Distribuição prevista Variáveis ambientais (coberturas geográficas) vegetação temperatura precipitação relevo Slide: Townsend Peterson e Marinez Ferreira de Siqueira

68 Geografia Ecologia Modelagem da Distribuição Geográfica Pontos de Ocorrência Algoritmo Precipitação Temperatura Modelo do Nicho Ecológico Previsão da Distribuição Slide: Townsend Peterson e Marinez Ferreira de Siqueira

69 Exemplo de Análise da Distribuição Geográfica Dados dos Projetos:  Viabilidade de Conservação dos Fragmentos de Cerrado do Estado de São Paulo – Programa Biota/FAPESP: levantamento de espécies arbóreas  Projeto de Cooperação Técnica: Conservação e Manejo da Biodiversidade do Bioma Cerrado - EMBRAPA Cerrados - UnB - Ibama/DFID Reino Unido Autores da Análise:  Marinez Ferreira de Siqueira, CRIA (tese de doutorado)  Prof. A. Townsend Peterson do Natural Museum and Biodiversity ResearchCenter, da Universidade de Kansas

70 Modelagem: distribuição esperada para duas espécies de Anadenanthera Slide: Marinez Ferreira de Siqueira

71 Geografia Ecologia Analisando Mudanças de Cenário: Clima Pontos de Ocorrência Algoritmo Precipitação Temperatura Modelo do Nicho Ecológico Previsão da Distribuição Slide: Townsend Peterson Projeção com Mudança Climática Projeção considerando alterações climáticas

72 Análises de Alteração Climática Modelo de Circulação Geral (HadCM2) usando dois cenários:  HHGSDX %/ano CO 2  HHGGAX50 - 1%/ano CO 2 Conseqüências (exemplo México)  Temperatura Média em 2055:  Cenário Conservador: aumento de 1,6 o C  Cenário Liberal: aumento de 2,5 o C  Precipitação Média em 2055  Cenário Conservador: Diminuição de 70 mm  Cenário Liberal: Diminuição de 130 mm

73 Exemplos de predição de distribuição atual ( ) e futura (2055) para espécie arbórea de cerrado: Acosmium subelegans (Siqueira et.al. submetido) Área habitável em 2055 baseado no cenário liberal Área habitável em 2055 baseado no cenário conservador Slide: Marinez F. Siqueira

74 Padrão previsto de riqueza de espécies (162) arbóreas de cerrado para a área core de cerrado no Brasil baseado em cenário climático atual ( ) (Siqueira et.al. submetido) Região prevista que abrigaria a maior riqueza de espécies

75 Áreas prioritárias para conservação de cerrado em face das alterações climáticas globais, baseada nos dois cenários HHGSDX50 (em cima) e HHGGAX50 (em baixo) (Siqueira et.al. submetido) Cenário Conservador Círculo azul = 87 espécies Área verde = 38 espécies; Área rosa = 7 espécies; Área amarela = 6 espécies; Área branca = 3 espécies Cenário Liberal Círculo azul = 63 espécies; Área verde = 32 espécies; Área rosa = 8 espécies

76 Modelagem Preditiva: Algumas Aplicações Biologia  Melhora a compreensão sobre a distribuição de espécies raras, ameaçadas, espécies bioindicadoras etc  Norteia programas de re-introdução de espécies  Orienta o desenvolvimento de novos inventários Conservação: informação de apoio à decisão  Estuda os efeitos da mudança climática sobre a biodiversidade  Auxilia no desenvolvimento de planos de conservação da biodiversidade Economia  Espécies invasoras  Agricultura e pestes agrícolas Saúde Pública  Doenças infecciosas

77 Desenvolvendo Ferramentas e Protocolos Parcerias CRIA:  Modelagem: Universidade de Kansas (NSF)  desktop Garp  Lifemapper  Interoperabilidade de Sistemas: California Academy of Science, Universidade de Kansas  Distributed Generic Information Retrieval (DiGIR)  Servidor de Localidades: Universidade de Kansas e Museu de Zoologia de Vertebrados de Berkeley  BioGeoMancer  Servidor de Nomes

78 Para reflexão Qualquer estudo sobre biodiversidade, sistemática, biotecnologia, monitoramento, etc, depende da qualidade e representatividade das coleções ex situ.Qualquer estudo sobre biodiversidade, sistemática, biotecnologia, monitoramento, etc, depende da qualidade e representatividade das coleções ex situ. Para um país de megadiversidade como o Brasil, as coleções sistemáticas são um componente vital no esforço de descrever, gerenciar e utilizar sua riqueza biológica de maneira sustentável.Para um país de megadiversidade como o Brasil, as coleções sistemáticas são um componente vital no esforço de descrever, gerenciar e utilizar sua riqueza biológica de maneira sustentável. As coleções precisam responder a estes novos desafios e oportunidades através do desenvolvimento de mecanismos de capacitação institucional (infra-estrutura e recursos humanos) e práticas operacionais inovadoras.As coleções precisam responder a estes novos desafios e oportunidades através do desenvolvimento de mecanismos de capacitação institucional (infra-estrutura e recursos humanos) e práticas operacionais inovadoras.

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80 Simpósio: Key Innovations on Biodiversity Informatics (21-22 Outubro, 2002) Capacitação e dimensão estratégica da informação sobre biodiversidadeCapacitação e dimensão estratégica da informação sobre biodiversidade Novas fronteiras na disponibilidade de dados sobre biodiversidadeNovas fronteiras na disponibilidade de dados sobre biodiversidade Integração de dados sobre biodiversidadeIntegração de dados sobre biodiversidade Ferramentas e usoFerramentas e uso Aplicações emergentes em informática para biodiversidadeAplicações emergentes em informática para biodiversidade

81 Workshop: Flora brasiliensis revisitada (24-25 de Outubro, 2002) Apresentações:  Problemas e perspectivas em taxonomia de plantas  Estratégias para floras locais e regionais  Disponibilização da informação  Novas tecnologias para acelerar o processo de produção de floras  Von Martius revisitado Grupos de Trabalho  Estratégia  Recuperação de dados  Novas tecnologias  Infra-estrutura  Capacitação e treinamento

82 Centro de Referência em Informação Ambiental Obrigada. Dora Ann Lange Canhos


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