¿PUEDE EL ANÁLISIS DE ENDEMICIDAD USARSE PARA...

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Los trazos generalizados, empleados en los análisis panbiogeográficos, representan biotas ancestrales ampliamente distribuidas en el pasado y que fueron fragmentadas por eventos geofísicos (Morrone 2000). Actualmente existen varios métodos que permiten la identificación de los trazos generalizados. El primer método fue propuesto por Croizat (1958, 1964). Éste es conocido como método manual, en el cual los mapas de los trazos individuales se superponen para identificar aquellos que son congruentes en su topología, de tal manera que la superposición de dos o más trazos individuales da lugar a un trazo generalizado (Croizat 1958, 1964, Morrone 2004). Sin embargo, éste método genera imprecisiones, al depender de la apreciación del observador. Dada esta problemática, se desarrollaron otros métodos de índole cuantitativa, pero algunos de ellos no han sido usados ampliamente por varias razones (Morrone y Escalante 2009). Page (1987) propuso el método de matrices de conectividad e incidencia, que utiliza un algoritmo para calcular la congruencia entre trazos individuales (Espinosa-Organista et al. 2002). En este método, una vez delineados los trazos individuales, se construye una matriz de conectividad (n x n) por cada trazo (donde n= número de localidades o puntos) y una matriz ¿PUEDE EL ANÁLISIS DE ENDEMICIDAD USARSE PARA LA IDENTIFICACIÓN DE TRAZOS GENERALIZADOS? F OCUS A RTICLE 15 B IOGEOGRAFÍA 7 de conectividad global, en donde se suma la información de todos los trazos individuales para determinar si los trazos son homólogos o no a través de índices de conectividad. Después se construyen matrices de incidencia (i x j) por cada trazo individual (donde i= número de localidades o puntos y j= segmento del trazo involucrado). Éstas matrices identifican elementos comunes a los distintos trazos individuales. Craw propuso el método de compatibilidad de trazos en 1988. En este método se construye una matriz de presencia- ausencia de áreas por trazos individuales, que se analiza para buscar la compatibilidad entre los trazos. El conjunto de trazos compatibles entre sí representa un “clique”, el cual se emplea para construir el trazo generalizado (Craw 1988). El clique puede evaluarse estadísticamente, generando matrices al azar del mismo tamaño que la matriz real. Entre mayor sea el número de matrices obtenidas al azar que presenten los mismos cliques o cliques extras de mayor tamaño, menor validez estadística tendrá el trazo generalizado (Craw 1988, Espinosa et al. 2002). Es posible también utilizar el programa CLIQUE del paquete PHYLIP (Felsestein 1986) para llevar a cabo el método de compatibilidad de trazos (Morrone y Lopretto 1994). Leonardo Fernández-Badillo, Irene Goyenechea y Tania Escalante

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Los trazos generalizados, empleados en los

análisis panbiogeográficos, representan biotas

ancestrales ampliamente distribuidas en el

pasado y que fueron fragmentadas por eventos

geofísicos (Morrone 2000). Actualmente existen

varios métodos que permiten la identificación de

los trazos generalizados.

El primer método fue propuesto por

Croizat (1958, 1964). Éste es conocido como

método manual, en el cual los mapas de los

trazos individuales se superponen para

identificar aquellos que son congruentes en su

topología, de tal manera que la superposición de

dos o más trazos individuales da lugar a un trazo

generalizado (Croizat 1958, 1964, Morrone

2004). Sin embargo, éste método genera

imprecisiones, al depender de la apreciación del

observador. Dada esta problemática, se

desarrollaron otros métodos de índole

cuantitativa, pero algunos de ellos no han sido

usados ampliamente por varias razones

(Morrone y Escalante 2009). Page (1987)

propuso el método de matrices de conectividad e

incidencia, que utiliza un algoritmo para calcular

la congruencia entre trazos individuales

(Espinosa-Organista et al. 2002). En este

método, una vez delineados los trazos

individuales, se construye una matriz de

conectividad (n x n) por cada trazo (donde n=

número de localidades o puntos) y una matriz

¿PUEDE EL ANÁLISIS DE ENDEMICIDAD USARSE PARA

LA IDENTIFICACIÓN DE TRAZOS GENERALIZADOS? FOCUS ARTICLE

15 B IOGEOGRAFÍA 7

de conectividad global, en donde se suma la

información de todos los trazos individuales para

determinar si los trazos son homólogos o no a

través de índices de conectividad. Después se

construyen matrices de incidencia (i x j) por

cada trazo individual (donde i= número de

localidades o puntos y j= segmento del trazo

involucrado). Éstas matrices identifican

elementos comunes a los distintos trazos

individuales.

Craw propuso el método de

compatibilidad de trazos en 1988. En este

método se construye una matriz de presencia-

ausencia de áreas por trazos individuales, que

se analiza para buscar la compatibilidad entre

los trazos. El conjunto de trazos compatibles

entre sí representa un “clique”, el cual se

emplea para construir el trazo generalizado

(Craw 1988). El clique puede evaluarse

estadísticamente, generando matrices al azar

del mismo tamaño que la matriz real. Entre

mayor sea el número de matrices obtenidas al

azar que presenten los mismos cliques o cliques

extras de mayor tamaño, menor validez

estadística tendrá el trazo generalizado (Craw

1988, Espinosa et al. 2002). Es posible también

utilizar el programa CLIQUE del paquete

PHYLIP (Felsestein 1986) para llevar a cabo el

método de compatibilidad de trazos (Morrone y

Lopretto 1994).

Leonardo Fernández-Badillo, Irene Goyenechea y Tania Escalante

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Rojas-Parra (2007) propuso un método

para obtener trazos individuales de manera

computarizada, mediante el uso de una extensión

llamada Trazos2004, en el programa ArcView

GIS 3.2 (ESRI 1998). Trazos2004 se basa en el

algoritmo de Prim para obtener los trazos

individuales, a partir de los cuales dibuja un área

de influencia que permite identificar los trazos

generalizados (Rojas-Parra 2007). Por otro lado,

Liria (2008) propuso un método combinado

basado en Sistemas de Información Geográfica y

análisis espacial.

Otra programa que permite llevar a cabo

análisis de trazos es Croizat (Calvanti 2009). En

él es posible construir trazos individuales

mediante la implementación del algoritmo de

Prim, pero utiliza también el algoritmo de Bron y

Kerbosch (1973) para analizar la compatibilidad

de trazos, tal como se hace en el programa

CLIQUE (Felstestein 1986). En Croizat los trazos

son evaluados a partir de grafos aleatorios

regulares, con base en la propuesta de Craw

(1989) y Henderson (1989, 1991). Además, este

programa permite llevar a cabo análisis nodales

para cuantificar la importancia de los nodos.

MartiTracks (Echeverría-Londoño y

Miranda-Esquivel 2011) es otro programa que se

utiliza para realizar análisis de trazos mediante

un nuevo algoritmo que utiliza aproximaciones

geométricas para construir los trazos individuales

y para encontrar la congruencia entre ellos. Este

programa permite evaluar los trazos repetidos

mediante un análisis de similitud de trazos

individuales o generalizados y determinar cuáles

de ellos pertenecen al mismo trazo.

Uno de los métodos más utilizado para

la identificación de trazos generalizados es el

Análisis de Parsimonia de Endemismos o PAE

(Morrone y Escalante 2009), en el cual se

obtiene un cladograma de áreas donde los

trazos individuales que justifican el

agrupamiento de áreas son considerados como

trazos generalizados (Luna-Vega et al. 2000,

Morrone 2004). Por otra parte, una modificación

en la interpretación del PAE en

Panbiogeografía, es el PAE con eliminación

progresiva de caracteres llamado PAE-PCE

(Luna-Vega et al. 2000, García-Barros et al.

2002). El método básico se realiza de acuerdo

con Morrone (2004) y Echeverry y Morrone

(2010) construyendo los trazos individuales y el

mapeo de éstos trazos sobre un universo de

estudio elegido. Después se construye una

matriz de presencia-ausencia (r x c) donde las

filas (r) son las unidades geográficas y las

columnas (c) son los trazos individuales.

Además se añade un área externa con

sólo ausencias para enraizar el cladograma.

Las unidades geográficas que se utilizan son

las unidades predefinidas en las que se

subdividió el área de estudio. Éstas áreas

pueden ser polígonos regulares o irregulares,

naturales o arbitrarios (por ejemplo:

cuadrículas, provincias biogeográficas, o

países, entre otras). La matriz se analiza con un

algoritmo de parsimonia, y se obtiene el o los

cladogramas más parsimoniosos.

17 B IOGEOGRAFÍA 7

En el caso de obtener más de un

cladograma igualmente parsimonioso, se realiza

un consenso estricto de ellos. Posteriormente se

conectan las áreas incluidas en cada clado

sustentado por al menos dos trazos individuales

como parte de un mismo trazo generalizado.

Para realizar un PAE-PCE, se desconectan los

trazos individuales que sustentan los clados

obtenidos en un primer análisis para detectar

clados sustentados por otros, se realiza un

segundo análisis y el proceso se repite

sucesivamente hasta que ya no haya

sinapomorfías en los cladogramas. Finalmente,

se dibujan en un mapa los trazos generalizados.

Si se considera que un trazo generalizado

se forma a partir de la congruencia de dos o más

trazos individuales (Croizat 1958, 1964, Morrone

2004), y las áreas de endemismo se conforman a

partir de la congruencia en los rangos de

distribución de por lo menos dos especies

(Szumik et al. 2006), se hace evidente que para

ambos conceptos es necesario detectar la

congruencia distribucional en dos o más taxones.

Por esta razón se ha considerado que los trazos

generalizados son análogos a las áreas de

endemismo (García-Marmolejo et al. 2008) y por

tanto es posible entonces utilizar el método de

optimización o análisis de endemicidad

desarrollado para la búsqueda de áreas de

endemismo (Szumik et al. 2002, Szumik y

Goloboff 2004) como un método para la

detección de trazos generalizados.

PROPUESTA DEL MÉTODO

De acuerdo con la propuesta de Fernández-

Badillo (2013), para detectar a los trazos

generalizados, se plantea llevar a cabo un

análisis de endemicidad (en adelante AE),

mediante el uso del programa NDM/VNDM

(Goloboff 2002). Este programa incluye el

algoritmo de optimización basado en el concepto

de área de endemismo, mediante el cual es

posible evaluar cuántos y que tan endémicos son

los taxones de un área determinada, de tal

manera que aquellas áreas caracterizadas por al

menos dos taxones e índices de endemicidad

definidos por el investigador, serán seleccionadas

como áreas de endemismo (Szumik et al. 2006).

Esas áreas las consideraremos como unidades

equivalentes a los trazos generalizados.

En la selección de los parámetros de

NDM/VNDM, Fernández-Badillo (2013), sugiere

seleccionar en la opción de llenado, un valor de

cero para el caso de los registros inferidos y un

valor de 10 para los registros asumidos. Esto con

la finalidad de no ampliar de manera artificial la

distribución de los organismos.

En la ventana para llevar a cabo el AE en

NDM/VNDM, se propone que se puede modificar

ligeramente el valor mínimo de endemismo para

el área. En este caso el índice de endemismo (E)

del área puede ser de 1.5, valor por debajo de lo

establecido por defecto en el programa (E: 2.0).

El E igual a 2 indica que se requieren como

mínimo dos especies que se ajusten

perfectamente a un área (es decir, que cada una

posea un valor de índice de endemicidad de 1.0)

18 B IOGEOGRAFÍA 7

para considerar un área de endemismo. Sin

embargo, para la búsqueda de los trazos

generalizados se decidió no ser tan estrictos

(E:1.5), debido a que los trazos individuales que

forman un trazo generalizado deben ser

congruentes en la mayoría de su topología pero

no necesariamente idénticos. Por ejemplo, dos

especies con valores individuales de 0.75 serían

suficientes para conformar un posible patrón de

congruencia. De cualquier modo, al generalizar a

una cuadrícula en NDM, es necesario regresar a

los datos originales para verificar la superposición

de los trazos individuales.

En la opción de áreas superpuestas se

sugiere “retener áreas superpuestas si 40 % de

las especies son únicas”, sin embargo, este valor

puede modificarse y evaluar los distintos

resultados. Por ejemplo, es posible que un trazo

generalizado no tenga especies que se

compartan con ningún otro trazo, y entonces

puede seleccionarse este valor incluso por arriba

del 90% (ver Noguera-Urbano 2013).

A las áreas de endemismo resultantes

puede aplicárseles la opción de “área consenso”,

por ejemplo con similitud mínima del 60%,

aunque este valor también puede modificarse

(ver Aagesen et al. 2013). Las áreas consenso

obtenidas pueden ser consideradas como trazos

generalizados potenciales. Sin embargo, para

poder establecer qué áreas en realidad forman

un trazo generalizado, es necesario utilizar un

Sistema de Información Geográfica (SIG), por

ejemplo, ArcView (ESRI 1998), ArcGIS (ESRI

2008), QuantumGIS (QGIS Development Team

2014), GlobalMapper (Blue Marble Geographics

2014), DIVAGIS (Hijmans et al. 2002), entre

otros. En el SIG es necesario sobreponer los

trazos individuales de las especies que integran

cada una de las áreas de endemismo

identificadas en el análisis, de esta manera es

posible observar cuáles especies presentan un

patrón congruente de distribución que podría

considerarse como un trazo generalizado, tal

como se hace en el método manual propuesto

por Croizat para la identificación de trazos

generalizados.

En la Figura 1 se presenta el esquema de

la secuencia de pasos para detectar trazos

generalizados por medio del análisis de

endemicidad.

ESTUDIO DE CASO: LA HERPETOFAUNA DE

LA PENÍNSULA DE BAJA CALIFORNIA,

MÉXICO

Para ejemplificar el método antes mencionado,

se utilizó parte de la base de datos utilizada en el

trabajo de Fernández-Badillo (2013), de la cual

se seleccionaron 2286 registros de 37 especies

de lagartijas y serpientes distribuidas en la

península de Baja California, en México. Dicha

información se obtuvo a partir de bases de datos

en línea así como de la base de datos

proporcionada por el Centro de Investigaciones

Biológicas del Noroeste A. C. (CIBNOR). Los

trazos individuales de las 37 especies se

obtuvieron con la herramienta automatizada

Trazos 2004 (Rojas-Parra 2007), implementada

en el programa ArcView 3.3 (ESRI 1998).

19 B IOGEOGRAFÍA 7

Fig. 1. Pasos para la identificación de trazos generalizados mediante el Análisis de Endemicidad.

Para el análisis de optimización se

seleccionaron los parámetros anteriormente

descritos y se utilizó una grilla de 1° x 1° latitud-

longitud. El análisis identificó nueve áreas de

endemismo, las cuales se agruparon en siete

áreas consenso (Fig. 2). Estas áreas consenso

presentan valores de E entre 2.1 y 6.8 (Cuadro 1)

y representan siete posibles trazos

generalizados.

Sin embargo, la superposición de los

20 B IOGEOGRAFÍA 7

trazos individuales de 21 especies que integran

cada una de las áreas consenso obtenidas,

permitió la identificación de únicamente cuatro

trazos generalizados (Figs. 3, 4, 5 y 7). Estos

trazos generalizados corresponden a las áreas 0,

1, 2, 3 y 5.

Al sobreponer los trazos individuales de

las especies que integran las áreas 4 y 6, se

observó que no existía congruencia suficiente en

sus distribuciones para considerarlas como un

trazo generalizado (Figs. 6 y 8). Por ejemplo,

aunque las especies del área 4 se localizan en la

parte norte y centro de la Península de Baja

California, cada una muestra una distribución

distinta, lo cual puede deberse en parte a los

bajos puntajes individuales de las especies (Fig.

6). Lo mismo sucede con las especies del área 6,

localizadas en la parte centro y sur de la

Península (Fig. 8), por lo tanto no fue posible

ubicar un patrón congruente y por ello no fueron

consideradas como un trazo generalizado.

DISCUSIÓN

El uso del método de optimización para la

detección de trazos generalizados presenta

diferentes ventajas, como son la capacidad de

detectar las congruencias distribucionales entre

las especies (o en este caso los trazos

Área de

consenso

Número de

celdas

Valor de

Endemicidad Especies endémicas

0 12 3.502-4.502

Anniella geronimensis (0.0-0.799), A. pulchra (0.420-0.844), Aspidoscelis labialis (0.214-0.350), Elgaria multicarinata (0.288-0.609), Petrosaurus mearnsi (0.0-0.405), Sceloporus occidentalis (0.417-0.744), S. vandenburgianus (0.547-0.850), Xantusia henshawi (0.495-0.800), X. vigilis (0.0-0.267)

1 6 4.458-4.708 Elgaria paucicarinata (0.833), Petrosaurus thalassinus (0.875), Phyllodactylus unctus (1.000), Sceloporus hunsakeri (0.958), S. licki (0.792)

2 49 5.086-6.875

Crotalus enyo (0.569-0.8.29), C. ruber (0.190-0.921), Hypsiglena ochrorhyncha (0.849-0.942), Masticophis fuliginosus (0.278-0.888), Phrynosoma coronatum (0.143-0.928), Pituophis vertebralis (0.431-0.757), Sceloporus zosteromus (0.373-0.895), Tantilla planiceps (0.0-0.727), Thamnophis hammondi (0.0-0.595), Trimorphodon lyrophanes (0.809-0.839)

3 36 2.411-2.661 Arizona pacata (0.415), Bipes biporus (0.296), Bogertophis rosaliae (0.556), Elgaria velazquezi (0.775), Hypsiglena slevini (0.369)

4 13 2.173-2.423 Aspidoscelis labialis (0.531), Coleonyx switaki (0.531), Urosaurus lahtelai (0.714), Xantusia vigilis (0.398)

5 60 3.223-3.473 Aspidoscelis labialis (0.769), Coleonyx switaki (0.0875), Crotalus oreganus (0.244), Masticophis lateralis (0.291), Petrosaurus mearnsi (0.460), Xantusia wigginsi (0.583)

6 19 2.722-2.972 Arizona pacata (0.833), Bipes biporus (0.608), Hypsiglena slevini (0.688), Petrosaurus repens (0.594)

Cuadro 1. Áreas consenso resultantes del análisis de endemicidad para las 37 especies de lagartijas y serpientes de la península de Baja California. Se indica el número de celdas del área consenso, su valor de endemicidad y entre paréntesis el índice de endemicidad para cada especie.

21 B IOGEOGRAFÍA 7

Fig. 2. Áreas consenso detectadas para las 37 especies de lagartijas y serpientes.

22 B IOGEOGRAFÍA 7

individuales) con base en un criterio basado

explícitamente para ello (Szumik et al. 2006).

Además la posibilidad de modificar

algunos parámetros, como son el valor mínimo

del área de endemismo y las opciones de

llenado, permiten al investigador probar distintas

opciones de búsqueda para detectar los

patrones. Por otro lado, la capacidad de modificar

el tamaño de la grilla permite evaluar las

patrones, por ejemplo a mayor tamaño de la grilla

se detectan tanto un mayor número de áreas de

endemismo como áreas de endemismo continuas

y de gran extensión, mientras que con tamaños

de celda pequeños es posible detectar áreas más

pequeñas (Casagranda et al. 2009). De tal

manera que se podrían obtener áreas que

representen trazos generalizados de gran

extensión y áreas que representan trazos

generalizados restringidos.

Finalmente, contar con valores numéricos

de cada área considerada como un trazo

generalizado así como del valor de endemicidad

que cada especie aporta a cada área (trazo

generalizado en este caso), permite analizar de

manera cuantitativa los resultados y tomar

decisiones sustentadas en esos valores, al

Fig. 3. Patrones biogeográficos de lagartijas y serpien-

tes. A: Área consenso 0. B: Trazos individuales de las

nueve especies identificadas dentro del área consenso 0

(Anniella geronimensis en rosa, A. pulchra en azul, Aspi-

doscelis labialis en azul claro, Elgaria multicarinata en

morado, Petrosaurus mearnsi en verde fuerte, Scelopo-

rus occidebtalis en amarillo, S. vandenburgianus en ver-

de fosforecente, Xantusia henshawi en rojo y X. vigilis en

azul agua). C: Se muestran sólo los trazos individuales

de las cuatro especies consideradas como parte de un

trazo generalizado (Anniella pulchra en azul, Elgaria mul-

ticarinata en morado, Sceloporus occidebtalis en amarillo

y S. vandenburgianus en verde fosforecente). D: Trazo

generalizado resultante.

Fig. 4. Patrones biogeográficos de lagartijas y serpientes.

A: Área de endemismo 1. B: Trazos individuales de las

cinco especies identificadas dentro del área consenso 1

(Elgaria paucicarinata en color rojo, Petrosaurus thalassi-

nus en color azul, Phylodactylus unctus en color amarillo,

Sceloporus hunsakeri en color rosa y S. licki en verde. C:

Trazo generalizado resultante de la congruencia distribu-

cional de las cinco especies anteriores. D: Área de ende-

mismo 2. E: Trazos individuales de las 10 especies identi-

ficadas dentro del área consenso 2 (Crotalus enyo en

color azul agua, C. ruber en color verde fosforescente,

Hypsiglena ochrorhyncha en color rosa, Masticophis ful-

ginosus en color anaranjado, Phrynosoma coronatum en

verde, Pituophis vertebralis en color negro, Sceloporus

zosteromus en color rojo, Tantilla planicieps en pardo,

Thamnophis hammondi en color amarillo y Trimorphodon

lyrophanes en color gris. F: Trazo generalizado resultante

de la congruencia distribucional de las 10 especies ante-

riores.

23 B IOGEOGRAFÍA 7

considerar o no a una especie como parte de un

trazo. En general, los puntajes bajos (tanto de las

especies como de los trazos) permiten suponer

que la sobreposición no será completa y por lo

tanto el trazo generalizado pueda ser sólo un

artificio metodológico.

El uso de técnicas cada vez más precisas

para la identificación de los trazos, tanto

individuales como generalizados posibilita el

desarrollo de la panbiogeografía, cuyos principios

metodológicos han quedado establecidos desde

tiempo atrás. Por lo tanto, consideramos que en

la medida en que se avance en dicho

conocimiento, ésta será cada vez una disciplina

más robusta.

Fig. 5. Patrones biogeográficos de lagartijas y serpientes.

A: Área de endemismo 3. B: Trazos individuales de las

cinco especies identificadas dentro del área consenso 3

(Arizona pacata en color azul, Bipes biporus en color rojo,

Bogertophis rosaliae en color anaranjado, Elgaria velaz-

quezi en color verde e Hypsiglena slevini en color rosao-

lor gris. C: Se muestran sólo los trazos individuales de las

tres especies consideradas como parte de un trazo gene-

ralizado (Arizona pacata, Bogertophis rosaliae e Hypse-

glena slevini). D: Trazo generalizado resultante de la con-

gruencia distribucional de las tres especies anteriores.

Fig. 6. Patrones biogeográficos de lagartijas y serpientes.

.A: Área de endemismo 4. B: Trazos individuales de las

cuatro especies identificadas dentro del área consenso 4

(Aspidoscelis labialis en color azul, Coleonyx switaki en

color rojo, Urosaurus lahtelai en color amarillo y Xantusia

vigilis en color azul agua).

Fig. 7. Patrones biogeográficos de lagartijas y serpientes.

A: Área de endemismo 5. B: Trazos individuales de las

cinco especies identificadas dentro del área consenso 3

(Aspidoscelis labialis en color azul, Coleonyx switaki en

color rojo, Crotalus oreganus en color azul claro, Masti-

cophis lateralis en color rosa, Petrosaurus mearnsi en

color verde y Xantusia wigginsi en color amarillo. C: Tra-

zos individuales de las dos especies consideradas como

parte de un trazo generalizado (Crotalus oreganus y Mas-

ticophis lateralis). D: Trazo generalizado resultante de la

congruencia distribucional de las dos especies anteriores.

24 B IOGEOGRAFÍA 7

AGRADECIMIENTOS

A la Dra. Patricia Galina Tessaro del Centro de

Investigaciones Biológicas del Noreste S.C. por la

base de datos proporcionada. Al Dr. Juan José

Morrone por los comentarios durante la

realización de la tesis de maestría del primer

autor, de la cual surge este trabajo. Al CONACyT

por la beca de posgrado, número de becario

247535 y finalmente al proyecto FOMIX-

CONACyT Hidalgo 2012-01-191908.

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Fig. 8. Patrones biogeográficos de lagartijas y serpien-

tes. A: Área de endemismo 7. B: Se muestran los trazos

individuales de las cuatro especies identificadas dentro

del área consenso 6 (Arizona pacata en color azul, Hyp-

siglena slevini en color rosa, Bipes biporus en color ver-

de y Petrosaurus repens en color rojo).

25 B IOGEOGRAFÍA 7

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