Aula 3 Sucessoa e Trofica

Conteúdo Programático

Ecologia de Comunidadesa. Padrões e Processosb. Definição de Comunidadesc. Diversidaded. Padrões de Riquezae. Sucessãof. Estrutura de Comunidades

f1- Interações Ecológicas f2- Estrutura trófica

g. Energética e cadeias tróficas

• Conjunto de espécies que se interagem, coexistem e se alteram ao longo do tempo

Comunidades

1980 1985 1995 2005

Sucessão Ecológica: Conceitos

Sucessão Ecológica: sequência de mudanças iniciadas por uma perturbação

Sucessão Ecológica: Conceitos

Sucessão Ecológica: sequência de mudanças iniciadas por uma perturbação

Perturbação: evento relativamente discreto que altera a estrutura de comunidades e/ou disponibilidade de recursos e/ou de substrato e/ou de ambiente físico

Sucessão Ecológica

Campos abandonados no Leste dos Estados Unidos (século XIX)

Sucessão

Plantas anuais

Perenes herbáceas Arbustos Pinheiros

Carvalhos

Sucessão Ecológica

Rochas

Líquens

Gramíneas

Herbáceas

Arbustos

Arvores iniciais

Arvores tardias

Pioneiras

Sucessão Ecológica

Rochas

Líquens

Gramíneas

Herbáceas

Arbustos

Arvores iniciais

Arvores tardias

Seres

Sucessão Ecológica

Rochas

Líquens

Gramíneas

Herbáceas

Arbustos

Arvores iniciais

Arvores tardiasComunidade

Clímax

Sucessão Ecológica: Conceitos

Pioneiras: colonizadores iniciais

Sucessão Ecológica: Conceitos

Pioneiras: colonizadores iniciais

Sere: cada sério sucessional

Sucessão Ecológica: Conceitos

Pioneiras: colonizadores iniciais

Sere: cada sério sucessional

Comunidade Clímax: comunidade vegetal que atingiu um estado estável

Sucessão Ecológica: Conceitos

Sucessão Primária : desenvolvimento da comunidade em habitats recentemente formados e inicialmente desprovidos de qualquer tipo de planta

Dois tipos de sucessão quanto as suas origens:

Sucessão Primária

Fatores perturbadores

Sucessão Ecológica: Conceitos

- Sucessão Primária

- Sucessão Secundária: regeneração de uma comunidade após uma perturbação

Dois tipos de sucessão quanto as suas origens:

Sucessão Secundária

Perturbações

Sucessão Primária: Erupções Vulcânicas

Mount St. Helens em 1980

Sucessão Primária:

Logo após a Erupção do Monte St. Helens

Sucessão Primária: St. Helens

1 espécie

1 + 2 espécies

17 espécies

17 espécies+ 65%

cobertura

18 espécies

Sucessão Primária: St. Helens

1 espécie

17 espécies

17 espécies+ 65%

cobertura

1 + 2 espécies

18 espécies

Sucessão Primária: St. Helens

1 espécie

1 + 2 espécies

17 espécies

17 espécies+ 65%

cobertura

18 espécies

Sucessão Primária: St. Helens

St. Helens : Estimativa que em 100 anos a vegetação estará estável

0

5

10

15

20

1984 1990 1995 2000

Ano

Núm

ero

de E

spéc

ies

0

20

40

60

80

Cobe

rtura

(%)

espéciesCobertura (%)

Sucessão Primária: Dunas

Dunas do Lago Michigan - 1902

Sucessão Primária: Dunas

Dunas do Lago Michigan30 anos - gramíneas

100 anos – arbustos perenefolios + gramíneas de

pradarias

150 anos –Estabelecimento de

Pinus = floresta mista

Acima de 400 anos –Floresta de carvalhos

Sucessão Primária: Dunas

a) Emergência de plântulas

b) Emergências de plântulas na presença ou ausência de predadores de sementes

Sucessão Primária: Retração das geleiras

Glacier Bay -Alaska

Reiners et al. 1971

10-1.500 anos

Sucessão Primária: Retração de Gelerias

1.500500200

Sucessão Primária: Bacias Glaciais

Alterações na riqueza de espécies em Glaciais no Alasca.

Sucessão de plantas no Alasca

Sucessão Secundária: Florestas Temperadas

Campos abandonados no Leste dos Estados Unidos (século XIX)

30 anos

15 anos

2 anos

1 ano

1◦ anoGramíneas 1

2◦ anogramíneas

3‐18 anosFloresta de Pinus

jovem

19‐30 anoFloresta de Pinus

MaduraSub‐bosque de jovens

Carvalhos

70‐100Transição de PinusPara carvalhos

100 anos ou maisClimax

Floresta de Carvalhos

Sucessão Secundária: Campos abandonados

Sucessão Secundária: Florestas Temperadas

Árvores

Sucessão Secundária: Florestas Temperadas

Árvores Aves

Sucessão Secundária: Costão rochoso

Souza 1979 : Experimento

Sucessão

pioneiras

Sucessão Secundária: Costão rochoso

Souza 1979 : Experimento

Sucessão

pioneiras

Sucessão Secundária: Costão rochoso

Souza 1979 : Experimento

Sucessão

pioneiras

Sucessoras intermediárias

Sucessão Secundária: Costão rochoso

Souza 1979 : Experimento

Sucessão

pioneiras

3 anos

60-90% domínio

Sucessão Secundária: Costão rochoso

Sucessão de macroinvertebrados e macroalgas

Tempo de Sucessão

Alasca Campos abandonados

Costão rochoso Riacho

• Características das plantas• Bancos de Sementes e Dormência

Características biológicas e a sucessão

Diferenças nas espécies sucessionais

Característica Inicial TardiaNúmero de sementes Muitas poucas

Tamanho das sementes Pequena Grande

Dispersão Alada, presa em animais

Gravidade , ingestão por

animaisViabilidade da semente Longa, latente no solo Curta

Taxa de crescimento Rápida Lenta

Tamanho na maturidade Pequeno Grande

Tolerância à sombra Baixa alta

Características biológicos e a sucessão

Diferenças nas espécies sucessionais

Característica Inicial TardiaNúmero de sementes Muitas poucas

Tamanho das sementes Pequena Grande

Dispersão Alada, presa em animais

Gravidade , ingestão por

animaisViabilidade da semente Longa, latente no solo Curta

Taxa de crescimento Rápida Lenta

Tamanho na maturidade Pequeno Grande

Tolerância à sombra Baixa alta

Características biológicos e a sucessão

• Características das plantas• Bancos de Sementes e Dormência

- Banco de sementes seja rico

-Dormência de sementes de plantas “iniciais” quebrada pelo fogo ou luz

Características biológicos e a sucessão

Mecanismos biológicos e Sucessões

Importância dos animais na sucessão das comunidades vegetais

Pressão de pastagem Pisoteio de Elefantes

Controlam comunidade de gramíneas

Capítulo 9: De Populações a Comunidades

Capítulo 16: A natureza da comunidade

Capítulo 22: Desenvolvimento da Comunidade

Estrutura de Comunidades

Estrutura de Comunidades

Como estudar?

-Diversidade

- Níveis tróficos

- espécies chave / espécies Dominantes

- diagrama com as conexões entre os organismos e o alimento que eles consomem

Teia trófica: modelos conceituais das interações tróficas entre os organismos em

uma comunidade

Estrutura de Comunidades

Estrutura de Comunidades

Cadeia trófica

Simples sequência de organismos e suas interações

tróficas

ConsumidoresQuaternários

ConsumidoresTerciários

ConsumidoresSecundários

ConsumidoresPrimários

Produtores

Carnivoro

Carnivoro

Carnivoro

Herbivoro

Planta

Carnivoro

Carnivoro

Carnivoro

Zooplancton

Fitoplanctonterrestre Marinha

Estrutura de Comunidades

Estrutura de Comunidades

Rede Trófica

Cadeias tróficas integradas

Redes complexas

Louva-a-deus PerdizAranha

Gafanhoto Rato Veado PreáAbelha

Frutos Capim/folhagem Sementes

Coruja-buraqueira

Lobo-guará

Gambá

Onça-parda

RaízesFlores

Exemplo simplificado de uma teia alimentar para o Triângulo Mineiro. Motta-Junior, não publicado.

Redes complexas

Cracas

Mexilhões

Interação diretos e indiretos

EFEITO DIRETO

Teias tróficas: Efeitos indiretos

Comensalismo

0+

Interação indireta

Teias tróficas: Efeitos indiretos

Número de besouros 15 X maior nos brotos de árvores cortadas

Interação indireta

Teias tróficas: Efeitos indiretos

O que os brotos podem oferecer?

Mais Nitrogênio

Maior concentração de defesas químicas

Interação indireta

Teias tróficas: Efeitos indiretos

O que os besouros ganham?

- Desenvolvimento mais rápido (10%)

- Maior tamanho (20%)

Interação indireta

EFEITO

INDIRETO

Interação indireta

Teias tróficas : Efeitos indiretos

Exótica Nativa

Exclusão competitiva?

Competição aparente?

Interação indireta

Teias tróficas : Efeitos indiretos

Exótica Nativa

Experimento: Controle

Impedimento da passagem dos mamíferos

Gaiolas com passagem mamíferos

Interação indireta

- Distante e próximo das exóticas

Teias tróficas : Efeitos indiretos Controle: mamíferos herbívoros permitidos

mamíferos herbívoros excluídos

Mamíferos abrigam na exótica e se alimentam nas

vizinhanças

Gradiente na ocupação das nativas

Não tem variação na densidade de nativa a partir

das manchas de exótica

Interação indireta

Teias tróficas : Efeitos indiretos

“Exótica” promove o aumento na população

de mamíferos herbívoros , que por sua vez diminuem a

densidade de “nativa”

Competição Aparente

Interação indireta

Efeito indireto

Espécies introduzidas

Efeito indireto

Espécies introduzidas

Gato e 3 espécies de ratos

Como salvar a espécie nativa?

- TRANSLOCAÇAO DA POPULAÇÃO DE PAPAGAIOS PARA OUTRA ILHA

Kakapo (Strogops habroptilus)

Efeito indireto

Espécies introduzidas

Gato e 3 espécies de ratos

Como salvar a espécie nativa?

- TRANSLOCAÇAO DA POPULAÇÃO DE PAPAGAIOS PARA OUTRA ILHA

Kakapo (Strogops habroptilus)

Cascata trófica

Alternância de abundâncias

Efeitos Indiretos

Cascata trófica: série de interações que resultarão em alterações de energia e

composição de espécies na comunidade

Figure 20.11 A Terrestrial Trophic CascadeCascatas tróficas

Experimento:• remoção besouros

Besouros

Herbívoros

formigas

Planta

Figure 20.12 Effects of a Trophic Cascade on Production (Part 1)Cascatas tróficas

Sem besouros

Com besouros

Figure 20.12 Effects of a Trophic Cascade on Production (Part 2)Cascatas tróficas

Sem besouros

Com besouros

Figure 20.12 Effects of a Trophic Cascade on Production (Part 3)Cascatas tróficas

Sem besouros

Com besouros

Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies

• Robert Paine (1965,1966...)

• Quanto maior a riqueza em uma teia, maior o número de predadores

• Comunidades de zooplancton do atlântico:81 spp – 16% predadores

• Comunidades de zooplancton do Sargasso: 268 spp – 39% predadores

Grice & Hart (1962)

Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies

Paine e descrição de comunidades em costões entre-marés

Espécie Chave

Pisaster

Thais

Chitons2spp

Gastropodas2spp Bivalves Cracas

3sppCracas

Mukkay – Washington – EUA

(49◦ N)

13 espécies

+ 2 presa fora dos sistema

Thais: 90% energia= cracas

Pisaster: 90% energia = 37% mexilhoes/41% quitons/12%

cracas

Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies

Espécie ChaveEstrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies

California (31N)

45 spp11 predadores

34 presas

• Mukkaw• 13 espécies

• 2 predadores

• Califórnia• 45 espécies

• 11 predadores

3.5 X

5.5 X

> proporção de predadores levou a > pressão de predaçãonas populações de presas, o que consequentemente

promoveu uma maior diversidade de espécies

Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies

Pisaster

Thais

ChitonsLimpets

Bivalves Cracas Cracas

Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies

Espécie Chave

Pisaster

Thais

ChitonsLimpets

Bivalves Cracas Cracas

3 meses: cracas – 60-80% do espaço

Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies

Espécie Chave

Pisaster

Thais

ChitonsLimpets

Bivalves Cracas Cracas

1 ano: mexilhões e craca 1

Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies

Espécie Chave

Pisaster

Thais

ChitonsLimpets

Bivalves Cracas Cracas

Mexilhões: competidores superiores

5 anos: mexilhões e craca 1

Estrutura das Teias Tróficas e a Diversidade de Espécies

Espécie –chave

Espécie Chave

Espécie que quando removida da cadeia causa grande impacto (mudança de densidades ou extinções) na

comunidade

impacto não é proporcional a sua densidade e/ou biomassa

Espécie Chave

Lontras comem osouriços e as densidades

de algas são altas

Espécie Chave

Espécie Chave

Menos peixes, menos cnidárias

Espécie Chave

Declínio das lontras nos últimos 20 anos

Por que este declínio vem ocorrendo?

Espécie Chave

Espécie Chave

Espécie Chave

Lontras sãopredadores “chave”

Espécie Chave

PredaPredaççãoão pelaspelasorcas orcas aumentamaumentam a a

densidadedensidade de de ouriouriççosos

Cascatas tróficas

Reintrodução e proteção das Lontrasreduzem a densidade

de ouriço

Espécie Chave

Modificação de um ambiente

- Elefantes se alimentam principalmente de arvores

- Destroem o ambiente

- Favorecem o crescimento gramíneas

- Elefantes são prejudicados

- Herbívoros pastadores beneficiados

• Algumas espécies, não necessariamente abundantes, que deteminam a estrutura das comunidades

Espécies Chave

Espécies-chave !!!!

• Uma espécie com grande biomassa que pode controlar a ocorrência de outras espécies na comunidade

Espécies Dominantes

•Remover espécies dominantes, pode ou não ter um grande impacto na comunidade

ESPÉCIES DOMINANTES

Pode haver uma espécie dominante em cada nível trófico

Espécies Chave X Espécies Dominantes

Alta

AltaBaixaBaixa

Biomassa relativa das espécies

Impa

cto

tota

l das

es

péci

es

Power et al 1996

• Espécie Dominante: espécies que são mais abundantes ou tem maior biomassa a comunidade

• Espécie-chave: Baixa abundância, porém elas determinam a estrutura da comunidade

Espécies Chave X Espécies Dominantes

Apenas competição e predação são importantes na estrutura das

comunidades?

Peixes limpadores

Limpadores: fonte de alimento

Clientes: remoção de ectoparasitas

Espécie Chave: Mutualismo

Peixes limpadores e aumento da diversidade no coral

0

2

4

6

8

10

Com limpadores Sem limpadores

Riq

uez

a de

esp

écie

s

0

20

40

60

80

100

Com limpadores Sem limpadores

Nú

mer

o de

pei

xes

Padrões de diversidade

Experimento: Remoção dos limpadores

Espécie Chave: Mutualismo

Mutualismo e Condicionantes

Stachowicz & Hay, 1999

Espécie Chave: Mutualismo

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Depois de 1 hora Depois de 24 horas

Núm

ero

de c

aran

guei

jos

cons

umid

os

Carangueijos com acesso ao coral

Carangueijos sem acesso ao coral

Padrões de Diversidade

Presença caranguejo

Ausência caranguejo

Espécie Chave: Mutualismo

0

5

10

15

20

25

Não Carangueijos Carangueijos

Epi

biot

a

(% d

a m

assa

do

cora

l)

0

3

6

9

12

15

18

Não Carangueijos Carangueijos

Cre

scim

ento

do

cora

l

(% a

ltera

çao

da m

ass/

mês

)

0

20

40

60

80

100

Não Carangueijos Carangueijos

Mor

talid

ade

do c

oral

(%)

Mutualismo e Condicionantes

Caranguejo come algas que tentam se instalar no coral

Mantém a vida e a integridade das estruturas do coral

Águas Rasas

MutualismoStachowicz & Hay, 1999

Espécie Chave: Mutualismo

Coral (Oculina arbuscula)

Caragueijo (Mithrax forceps)

Algas-

-++

+

Fator chaveEstrutura de comunidadeEspécie Chave: Mutualismo

Fator chave

Esponjas e Raízes

40-100%- crescimento da esponja

100-300%- produção de folhas /produtividade primária

Estrutura de comunidade

Nitrogênio Carboidratos

MUTUALISMO

Espécie Chave: Mutualismo

Fator chave

Raízes e Esponja

diminui crescimento raízes >50%

Estrutura de comunidade

Isópodas X Raízes

Menor ataque dos isópodas

Desprendimento de partes do mangue e diminuição da área do manguezal

Espécie Chave: Mutualismo

Fator chave

Raízes e Esponja

diminui crescimento raízes >50%

Estrutura de comunidade

Isópodas X Raízes

Desprendimento de partes do mangue e diminuição da ilha original

FATOR CHAVE

Espécie Chave: Mutualismo

Dispersão de sementes e diversidade

Espécie Chave: Mutualismo

Formigas nativas dispersam 30% das sementes das arvores de sub-bosque na Africa do Sul

MUTUALISMO: FORMIGAS – PLANTAS ( Elaiossomo)

Invasão formiga Argentina

Capítulo 21: Estrutura de Comunidades

Capítulo 20: Teias alimentares

Capítulo 9: Processos em Populações (Teias alimentares)

A energia e a Ecologia Trófica

• Biomassa

Biomassa geralmente diminui com nível trófico

• Quantidade de matéria orgânica viva/morta

Quanto a forma de adquirir energia

• Autótrofos

• Heterótrofos

Nível Trófico

4

3

2

1

Estratégia alimentar

Carnivoros Secundários

Carnivoro

Herbivoro

Autótrofo

Cadeia trófica Decompositores (cadeiaTrófica)

Níveis Tróficos

Fonte de Energia Externa

PRODUTORESPRIMÁRIOS

CONSUMIDORES DECOMPOSITORES

FATORES ABIÓTICOS

Fluxo de energia

Quem são os decompositores?• Bactérias e fungos

• Detritívoros

O que faz um decompositor ?

• mineralização Conversão de elementos na forma orgânica à forma inorgânica

• Plantas ?

• imobilização Conversão de elementos na forma inorgânica à forma orgânica

Fonte de Energia Externa

PRODUTORESPRIMÁRIOS

CONSUMIDORES DECOMPOSITORES

FATORES ABIÓTICOS

Fluxo de energia

Conceitos importantes

• Produtividade primária• Taxa de biomassa produzida por unidade

de área

Conceitos importantes• Produtividade primária

• Taxa de biomassa produzida por unidade

de área

• Produtividade primária bruta (PPB)• Produtividade primária líquida (PPL): PPB-R

• PPL = PPB-R

ProdutividadeH2O

Energia

Temperaturas altas

CO2

O que determina a produtividade?

Nutrientes

Fatores limitantes da produtividade em ambientes terrestres

• 0,03% ar atmosférico

CO2

Fatores limitantes da produtividade em ambientes terrestres

• Quantidade de radiação em 1m 2 /min da Terra : 1-5 J

• 100% energia é absorvida?

Fatores limitantes da produtividade em ambientes terrestres

• Quantidade de radiação em 1m2 da Terra : 1-5 J

• 100% energia é absorvida?

• 45% dos raios solares podem ser absorvidos

Qual é a Eficiência da Fotossíntese ?

Fonte de Energia:1,254,000

kcal/m2/ano

0.8% energia absrvidapela fotossíntese. Desta….

…55% perdida pela respiração

…45% gera o crescimento (Produção Primária Líquida)

Fatores limitantes da produtividade em ambientes terrestres

H2OTemperaturas altas

0–100100–200200–400400–600600–800>800

Productivity ranges (g/m2/ano)

Produtividade Terrestre

Fatores limitantes da produtividade em ambientes terrestres

Nutrientes

• Ambientes com baixa concentração de nutrientes são menos produtivos

• Sistemas agrícolas são muito produtivos

• Profundidade

Fatores limitantes da produtividade em ambientes aquáticos

• Radiação solar

• Disponibilidade de NutrientesPRODUTIVIDADE

Quais são os fatores determinantes na produtividade?

Produtividade Secundária

• Taxa de produção de biomassa por organismos heterotróficos

• Produção Secundária depende da primária• Qual a relação esperada?

Fonte de Energia:1,254,000kcal/m2/ano

0.8% energia absorvida pela fotossíntese. Desta….

…45% gera o crescimento (Produção Primária Líquida)

…11% entra na cadeia de herbívoros

e pastadores

…34% entra na cadeia dos decompositores como matéria morta

…55% perdida pela respiração

Produtividades Primária e Secundárias

80.7% respiração

17.7% excreção1.6% crescimento e reproduçao

Energia derivadadas plantas

Rotas de energia

• Eficiência de consumo (EC)• Eficiência de assimilação (EA)• Eficiência de produção (EP)

Eficiência de transferência de energia

• Eficiência de consumo (EC)

Eficiência de transferência de energia

• % da produtividade total de um nível trófico que éconsumida pelo nível trófico superior

• VALORES MÉDIOS

• 5% floresta

• 25% herbácea

• 50% fitoplancton

• Carnívoros - Vertebrados

- 50% - 100% vertebrado

- 5% invertebrado

• Carnívoros- Invertebrados

- 25% invertebrado

• Eficiência de assimilação (EA)Eficiência de transferência de energia

• % de energia no trato digestivo dos consumidores que é assimilada pela parede do trato digestivo e torna –se disponivel para ser destinada ao crescimento ou para gerar energia

• VALORES MÉDIOS

• 100% bactérias

• 20 - 50% herbívoros / detritívoros

• 80% carnívoros

• Eficiência de produção (EP)Eficiência de transferência de energia

• % de energia assimilada incorporadas à nova biomassa.

• VALORES MÉDIOS

• 30 – 40 % invertebrados

• 10% - vertebrados ectotermicos

• 1 – 2 % vertebrados endotérmicos

Eficiência de transferência de energia (ETP)

ETP = EC X EA X EP

Regra dos 10%

Produção Primária em Ecossistemas Aquáticos

• Modelo baseado em 48 estudos

2- 24%

~10,13

Capítulo 17: O Fluxo de energia através dos Ecossistemas

Capítulo 11: O Fluxo de energia e de matéria através dos Ecossistemas