Abstract:
Medicinal plant species constitute an accessible and affordable health-care alternative, and
are an important source of livelihood for indigenous and rural populations. However, over
harvesting and habitat losses due to land use and fragmentation have tremendously accelerated
species loss, ultimately threatening their sustainability. The accelerated species loss is also
compounded by the paucity of knowledge on the ecology and geography of medicinal species
in Africa, posing limitations in conservation of their valuable habitats. Further, it is not clear
how the niches and habitats are responding to current and future projected global climate
change. This study employed ecological niche models (ENM) to understand the effects of
climate change on four important and internationally traded medicinal plants in Africa: Pepper
fruit tree (Dennettia tripetala), Olive tree (Olea europaea), Red stinkwood (Prunus
africana) and Poison devil’s pepper (Rauvolfia vomitoria). We developed ecological
niche models using a genetic algorithm for Rule Set Prediction (GARP) and Bioclimatic
analysis and prediction system (BIOCLIM). Model inputs included climatic data (temperature
and rainfall) and occurrence records of the four medicinal species cross Africa. The latter
records were obtained from the Global Biodiversity Information Facility (GBIF) data portal
and from several literature records, including several ethno botany collections across Africa.
These records were used to produce georeferenced maps indicating areas that are currently
ecologically suitable (1950-2000), in the medium-term (2020), and long-term or future periods
(2050). Model evaluation was based on the area under curve (AUC) using receiver operating
characteristic (ROC) analysis. To determine the effect of climate change on each species,
we developed detailed comparisons of current and future (2050) potential distributions. Results
showed that the two models (BIOCLIM and GARP) successfully reconstructed key features
of the species nichie and geographic distribution. GARP was more consistent in prediction
capabilities, but the two models were generally similar in prediction, with test AUC values
ranging from 0.89 to 0.99 and 0.92 to 0.97 for BIOCLIM and GARP, respectively. The
potential ranges for D. tripetala, P. africana and R. vomitoria are predominant in western,
central and eastern Africa, while O. europaea suitable areas were predominant in southern,
and parts of northern Africa. Future climate change scenarios indicated net habitat
contractions for R. vomitaria (-7.70%), O. europaea (-4.01%) and P. Africana (-2.62%),
while significant net gains were predicted for D. tripetala (9.97%). Overall, this translates
to 4.36% net climate change induced medicinal species’ habitat loss in Africa. R. vomitaria is projected to lose habitats in central Africa (D.R. Congo, Angola and Central African
Republic), but gain suitable ranges in east Africa (Uganda, Somalia and Kenya). On the
Contrary, O. europaea is projected to lose ground in east Africa (Tanzania, Ethiopia and
Madagascar), but gain in north Africa (Tunisia and Moroco) and south Africa (Botswana).
Habitat gains for D. tripetala are projected in Chad, Nigeria, and Sudan, and losses in the
Congo basin (D.R. Congo and Congo), and Mali. P. Africana suitable habitats are projected
to shift southwards to Mozambique, Botswana and Zimbabwe, with significant habitat loses
in Angola, D. R. Congo and Uganda. Our findings have provided evidence to infer areas
suitable for conservation and bio- prospecting of the four medicinal species in Africa. Most
of the species under consideration have indicated potential contractions in niches due to
climate change, hence the need to devise climate adaptive conservation strategies for
important medicinal plants in the continent.
Les espèces de plantes médicinales constituent une alternative de soins de santé accessibles
et abordables, et sont une source importante de revenus pour les populations autochtones et
rurales. Toutefois, au cours de récolte et des pertes de l’habitat dus à l’utilisation des terres
et à la fragmentation, ceux-ci ont considérablement accéléré la disparition des espèces. En
fin de compte, ils menacent leur viabilité. La perte accélérée d’espèces est également
aggravée par le manque de connaissances sur l’écologie et la géographie des espèces
médicinales en Afrique, ce qui pose des limites à la conservation de leurs précieux habitats.
En outre, il n’est pas clair comment les niches et habitats réagissent au changement climatique
mondial actuel et celui prédit dans le futur. Cette étude a utilisé des modèles de niche
écologique (ENM) afin de comprendre les effets du changement climatique sur quatre
plantes médicinales importantes et de commerce international en Afrique: l’arbre fruitier de
poivre (Dennettia tripetala), l’olivier (Olea europaea), le bois rouge puant (Prunus
africana) et le piment poison (Rauvolfia vomitoria). Nous avons développé des modèles
de niche écologique en utilisant un algorithme génétique pour l’Ensemble des Règles de
Prédiction (GARP) et l’analyse bioclimatique et le système de prédiction (BIOCLIM). Le
modèle d’entrées des données a inclus les données climatiques (température et précipitations)
et les dossiers d’occurrence des quatre espèces médicinales à travers l’Afrique. Les derniers
documents ont été obtenus à partir de la porte ouverte des données de « Global Biodiversity
Information Facility » (GBIF) et de plusieurs enregistrements de la littérature, y compris
plusieurs collections ethno botanique à travers l’Afrique. Ces documents ont été utilisés
pour produire des cartes géo-référencées indiquant les zones qui sont actuellement
écologiquement approprié (1950-2000), à moyen terme (2020), et à long terme ou à des
périodes futures (2050). L’évaluation du modèle a été basée sur la zone sous la courbe
(AUC) en utilisant l’analyse de récepteur caractéristique de fonctionnement (ROC). Pour
déterminer l’effet du changement climatique sur chaque espèce, nous avons développé des
comparaisons détaillées de distributions actuelles et potentielles (2050). Les résultats ont
montré que les deux modèles (BIOCLIM et GARP) avaient reconstruit avec succès les
principales caractéristiques de la niche des espèces et la répartition géographique. GARP était plus cohérente dans les capacités de prévision, mais les deux modèles étaient
généralement similaires dans la prévision, avec les valeurs de test de l’ASC allant de 0,89 à
0,99 et de 0,92 à 0,97 pour BIOCLIM et GARP, respectivement. Les variétés potentielles
pour D. tripetala, P. africanaand et R. vomitoria sont prédominants en Afrique occidentale,
centrale et orientale, tandis que les zones favorables de O. europaea étaient situées dans le
sud, et des parties de l’Afrique du nord. Les scénarios de changement climatique ont
indiqué les contractions nettes de l’habitat pour R. vomitaria (-7,70%), O. europaea (-
4,01%) et P. Africana (-2,62%), tandis que les bénéfices nets significatifs étaient prévu
pour D. tripetala (9,97%). Dans l’ensemble, cela se traduit par 4,36% net changement
climatique provoqué par la perte de l’habitat des espèces médicinales en Afrique. Le R.
vomitariais a projetée à perdre l’habitat en Afrique centrale (République Démocratique du
Congo, la République d’Angola et la République centrafricaine), mais gagner des variétés
appropriées en Afrique de l’Est (l’Ouganda, la Somalie et le Kenya). Par contre, O. europaea
devrait perdre du terrain en Afrique orientale (Tanzanie, Ethiopie et Madagascar), mais
gagner en Afrique du Nord (Tunisie et Moroco) et Afrique du Sud (Botswana). Les gains
d’habitat pour D. tripetala sont envisagés au Tchad, au Nigeria et au Soudan, et les pertes
dans le bassin du Congo (République Démocratique du Congo et le Congo), et le Mali. Les
habitats favorables de P. africana devraient se déplacer vers le sud de Mozambique, au
Botswana et au Zimbabwe, avec une importante perte d’habitat en Angola, en République
Démocratique du Congo et en Ouganda. Nos résultats ont fourni des preuves pour comprendre
les zones appropriées pour la conservation et la bio-prospection des quatre espèces médicinales
en Afrique. La plupart d’espèces considérées ont monté des contractions potentiels dans
des niches en raison du changement climatique, d’où la nécessité d’élaborer des stratégies
de conservation adaptées au climat de plantes médicinales importantes du continent.
Language:
English
Date of publication:
2014
Country:
Region Focus:
East Africa
University/affiliation:
Collection:
RUFORUM Conferences and Workshops
Agris Subject Categories:
Agrovoc terms:
Additional keywords:
Licence conditions:
Open Access
Access restriction:
Form:
Printed resource
Publisher:
ISSN:
E_ISSN:
Edition:
Extent:
147 - 149
