Breve História da Ecologia

Pós-Graduação em Ecologia de Ecotonos

UFT

Fernando M. Pelicice

O que é ecologia?

“ciência que procura compreender, predizer e explicar a distribuição dos organismos no planeta”

“ciência que estuda as relações da vida”

“entre as ciências, é a mais abrangente”

(Peters, 1991)

Estrutura consolidada

Questões

Estrutura conceitual

Estrutura teórica

Conjunto empírico

Institucionalizada

Sociedades oficiais

Congressos e encontros

Ensino formal

Periódicos

Comunidade Científica

Como a ecologia surgiu?

Conhecimento ecológico é antigo

acompanha a humanidade

coletor, caçador, agricultor

mais empírico, menos intencional

menos científico

não menos valioso

pouco organizado

Como a ecologia surgiu?

Existe um marco no tempo?

Grécia antiga?

Idade Moderna?

Ecologia Moderna

Século XX

Ciência recente~ 100 anos

Ciência ecológica

Idade Média?

Desenvolvimento da ecologia

1. Antiguidade

2. Período Medieval

3. Idade Moderna

4. Ecologia Moderna

(gregos ao Império Romano)

(teologia natural)

(biogeografia + evolucionismo)

(consolidação)

Antiguidade

1

Grécia Antiga

~600 a.C. - ~300 a.C.

Formação das Pólis

Diversas ilhas e Atenas

Primeiros filósofos

Pré-Socráticos

Rompimento com o mito

Explicação racional do mundo

Contribuição para a ecologia?

Busca do princípio fundamental

Origem de tudo

Explicar o mundo

Pré-Socráticos

Tales

ÁGUA

Anaximandro

ÁPEIRON

Anaxímenes

AR

Pitágoras

NÚMERO

Heráclito

FOGO

Parmênides

SER

Demócrito

ÁTOMO

Empédocles

4 ELEMENTOS

Heródoto

Elementos para o Balanço da Natureza

Pai da História

Pensamento grego: perfeição

Providência, Criador

~ 400 a.C.

Aristóteles

Discípulos - Teofrasto

Observações sobre biologia e HN

Liceu em Atenas

Maior contribuição do período

384 – 322 a.C.

Comportamento, reprodução e alimentação

Morfologia e função dos órgãos e estruturas

> 500 animais e 500 vegetais

Elementos do Balanço da Natureza

Distribuição e hábitats

Contribuição para a ecologia?

Scala Naturae

Abiogênese

Museu de Alexandria

Pouca relevância

Matemática, física, astronomia e medicina

Pedanios Dioscorides (~70 d.C.)

537 spp. de plantas

Manuais farmacêuticos

Período Helenístico

Contribuição para a ecologia?

Grande Contribuição?

Balanço da Natureza

Conceito que influencia até hoje

Existência de harmonia, ordem, equilíbrio

Tudo em seu lugar

Noção de um Criador

Noção de perfeição

Idade Média2

Idade Média (~ 500 – 1500)

Europa como centro cultural

Formação de feudos e monarquias

Sociedade fragmentada, agrária

Reforma geral

Igreja cristã assume

Cristianismo como religião oficial

Igreja Católica Romana = Estado

Período de trevas para o conhecimento

Criação das cidades e universidades (~1000)

Mundo é cristão

Monge-Filósofo

Teologia Cristã

Fé > Razão

Sagradas Escrituras

Sacerdote como sábio e filósofo

Sabia ler

Preservaram acervos em mosteiros

Dogmática

Limitações à investigação

Platonismo

Revelação divina

Santo Agostinho (~350)

Aristóteles

Razão como instrumento

São Tomás de Aquino (~1200)

Teologia medieval

Meio de contemplar a obra do Criador

Papel dos sentidos

Teologia Natural

Criacionismo

Perfeição das criaturas

Harmonia nas relações

Balanço da Natureza

Natureza estática

Homem – mais perfeita criação, filho de Deus

Espécies imutáveis

Contemplação da criação

Grande Contribuição?

Balanço da Natureza

Teologia Natural

Deixou uma cosmologia a ser trabalhada

Explicar o Balanço da Natureza

Idade Moderna

3

Revolução Científica

Século XV - XVII

Contestação geral dos dogmas

Questiona a filosofia medieval

Bacon, Descartes, Galileu, Kepler, Newton

Renascimento da Racionalidade

Diversas universidades

Iluminismo

O conhecimento é possível

Novo impulso à investigação racional

Solidificação do movimento científico

França (XVIII)

Reorganizar o mundo

Descoberta da biodiversidade...

Grandes Navegações (XV em diante)

Profusão de Naturalistas viajantes

Profusão de Museus

Coleções

Novas questões

Controle das populações?

Fatores que influenciam natalidade e mortalidade?

Relação entre as espécies?

Povoamento da Terra antes do Dilúvio?

Dispersão depois do Dilúvio?

Terra era eterna?

Adaptações?

Sentido das pragas bíblicas?

Fósseis?

Distribuição das espécies?

Diferenças geográficas?

Novas questões...

Balanço da NaturezaTeologia Natural

Estímulo àinvestigação

Novo contextoNovas questões

+

+

Século XVIII

Teologia Natural

Oeconomia Naturae (1749)

Pai da ecologia?

Carl Lineu

Iluminista

Interdependência das espécies

Estudar a Criação

Propagação, preservação e destruição

Apelo por uma HN organizada

Oeconomia Naturae (1749)

Tudo é importante – marca do Criador

Intervenção da Providência

Balanço da Natureza

“Tudo o que cai sob nossos sentidos, tudo o que se apresenta ao nosso espírito e que merece ser observado, por sua disposição, concorre para manifestar a obra de Deus, isto é, para produzir o fim que Deus quis como finalidade última de todas as suas obras.”

Contemplar a criação...

“(...) mesmo que não queiramos, por qualquer outro motivo, estar atentos às coisas criadas, devemos fazê-lo ao menos para a Glória do Supremo Criador.”

“De acordo com o que nós sabemos, podemos julgar a importância que assume cada uma das Disposições da natureza ao ponto de, se uma só minhoca faltasse, a água estagnada alteraria o solo e o bolor apodreceria tudo. Se uma única função importante faltasse no mundo animal, seria de recear o maior desastre do universo (...) se nas nossas terras morressem todos os pardais, as plantações seriam presa fácil dos grilos e outros insetos. A América, privada de porcos, seria infestada de serpentes (...)”

Balanço da Natureza...

Incentivo aos estudos de HN

Estudo da distribuição

Além das classificações e coleções

1. Geografia Botânica (Proto-ecologia)

Herança preciosa

Estudo das causas e padrões

Oeconomia Naturae...

2. Evolucionismo

Lineu

Incentivo estudo em HN

Ideal iluminista

Geografia Botânica

Evolucionismo

Ecologia

Séc. XVIII

Séc. XIX

Séc. XX

Geografia Botânica

Amplas coleções de espécies

A distribuição não era ao acaso

Naturalistas viajantes e em museus

Táxons nunca vistos

Século XIX

Geografia das Formações Vegetais

Humboldtde Candolle (pai e filho)Grisebach

Geografia + Geologia + Botânica

Geografia Botânica

Geografia Botânica

Fatores que determinam?

Distribuição das espécies e formações?

É possível classificar as formações?

Existem regularidades?

Solo, clima, altitude?

Fatores históricos?

“Quando a botânica descritiva não fica circunscrita nos estreitos limites do estudo das formas e de suas reuniões em gêneros e espécies (...), ela conduz o observador (...), ora, para compreender as causas complicadas das leis que regulam essa distribuição, temos de aprofundar as variações de temperatura do solo irradiante e do oceano aéreo que envolve o globo.”

Humboldt, 1846

von Martius (séc. XIX)

História Natural científica

Busca de padrões e causas naturais

Explicativa

Quase-preditiva, quantitativa e experimental

Distancia do plano Providencial e Teologia Natural

Aproxima do plano Natural

Geografia Botânica

Lineu

Incentivo estudo em HN

Ideal iluminista

Geografia Botânica

Evolucionismo

Ecologia

Séc. XVIII

Séc. XIX

Séc. XX

Evolucionismo

Amplas coleções de espécies

Novas questões

Correspondências entre as formas

Século XIX

Novas idéias

Evolucionismo

Distribuição das espécies vivas?

Fósseis?

Adaptações?

Traços de semelhança entre spp.?

Corrente Transformista

Erasmus Darwin, Lamarck, Saint-Hilaire, Chambers, Lyell, Wallace, Darwin

“Origem das espécies”

Feito de elementos ecológicos

Interações entre espécies e meio

Haeckel (1866) ���� Oekologie

Aportes para a ecologia?

Predação e competição

Evolucionismo

“Por ecologia entendemos a totalidade da ciência das relações do organismo com o meio ambiente, compreendendo, no sentido lato, todas as condições de existência.”

Haeckel (1868)

“(...) a ecologia (...) ciência da economia, do modo de vida, das relações externas dos organismos.”

Haeckel (1866)

Aportes para a ecologia?

Evolucionismo

Diferenças importantes

Formação

Causas da vegetação

Presente

Botânica

Indivíduo e espécie

Evolução

Geológica

Zoológica

Foco

Processo

Escala

Grupo

Geografia Botânica Evolucionismo

Aportes para a ecologia?

Evolucionismo

Não influenciou a Geografia Botânica

Evolucionistas usavam obras de Naturalistas

Ecologia nasce da Geografia Botânica (HN)

Evolucionismo encontra a Ecologia posteriormente

Lineu

Geografia Botânica

Evolucionismo

Ecologia

Séc. XVIII

Séc. XIX

Séc. XXWarming

Cowles

Clements

Gleason

Tansley

Geografia Botânica

Ecologia Moderna

Ecologia Moderna4

Fase 1. Formação da base científica (~ até 1950)

Fase 2. Enriquecimento teórico e conceitual (~ 1950 em diante)

Ecologia de comunidades, populações e ecossistemas

Fase 1. Formação da base científica ~ até 1950

Eugene Warming

Virada do século XX

Pesquisou no Brasil

Programa de pesquisas em ecologia

Fundador da Ecologia Moderna?

Insere “Ecologia” no título de sua obra

3 – responder as seguintes questões:

- por que tem cada espécie um comportamento e um hábitat que lhe são próprios?

- por que se agrupam as espécies em comunidades?

- por que elas têm fisionomias características?

“A Ecologia procura:

1 – determinar quais são as espécies que se encontram geralmente associadas nos mesmos hábitats (estações).

2 – traçar a fisionomia da vegetação e da paisagem (...)

4- estudar os problemas respeitantes à economia das plantas, as suas exigências face ao meio e os processos que usam para tirar partido das condições ambientais e adaptar para esse fim sua estrutura interna e externa e sua forma geral. “

1900-1912

Classificação das formações e associações vegetais

Fitossociologia

Braun-Blanquet & Du Rietz

Escola Européia

1890 em diante...

Ecologia dinâmica

Sucessão ecológica

Pesquisa dos padrões e das causas

Escola Americana

Ecologia Vegetal

História Natural

Ecologia científica

Explicar e predizer

Teórica

Quantitativa

Experimental

Institucional: congressos, periódicos, pesquisadores

Quadro Conceitual Laicizada

Materialista

Balanço da Natureza?

McMillan, Cowles, Cooper, Clements, Gleason

Formulação de conceitos próprios

Associação, Sucessão, Clímax, Facilitação, Ecotono, Bioma

Ecologia de Comunidades

Ecologia Vegetal

Clements – Research Methods in Ecology (1905)

Frederic Clements

Comunidade e Clímax

Balanço da Natureza e Organicismo

Determinística, previsível

Até ~1950

Resgate ~1950

Wittaker & Curtis

Comunidade?

Não-equilíbrio e variabilidade

Estocástica, imprevisível

Modelo Organicista

Modelo Individualista

(A)

(B)

a

b

c

d

e

f

g

h

i j k

lm

a

b

c

de

f

g

h

i

j

GRADIENTE AMBIENTAL

AB

UN

DÂ

NC

IAA

BU

ND

ÂN

CIA

Rastro da Ecologia vegetal

Mobius, Adams, Shelford, Elton

“A ecologia das sucessões é um dos raros campos da biologia nos quais a predição é possível.”

BIOECOLOGIA (1931)

Ecologia Animal

Começo tímido

Shelford (1931)

Shelford (1931)

Shelford (1931)

Lei de Liebig � animais

Animal Ecology (1927)

Ecology of invasions... (1958)

Charles Elton

Ecologia Animal

Conceitos e idéias novas

Expande Ecologia de Comunidades

Pirâmide de números e biomassa

Cadeia alimentar

Tamanho x posição na cadeia

Ciclo predador x presa

Ecologia das invasões

Apelo para integrar animais e vegetais

Diversidade

Comunidade biótica

Nicho funcional

Ênfase na competição

Princípio da exclusão competitiva

Georgii Gause

Reforça idéias de nicho e competição

Abordagem experimental

The Struggle for Existence (1934)

Ecologia das formações vegetais

Ecologia animal

(Cowles, Clements, Gleason)

(Shelford, Elton)

+Ecologia de Comunidades

=

Antecedentes na dinâmica humana

Malthus (1798) e Verhulst (1838)

Ecologia de Populações

Idéias antigas

Motivações pragmáticas

Crescimento pop. humana

Pragas agrícolas e controle biológico (EUA)

Ciclos de parasitas

Manejo de recursos: caça e pesca

Século XX

Raymond Pearl

Resgata Verhulst

Equação logística

Regulação: fatores internos e externos

~1920

Modelagem

Modelos de competição

Modelos de predador x presa

~1920Lotka

Volterra

Resgate de Verhulst

Quantificação das populações

(Pearl)

(Elton)

+

Modelagem(Lotka & Volterra)

+

Crescimento exponencial

(Malthus)

+

Ecologia de Populações

=

Ecologia de Ecossistemas

Integração do meio biótico + abiótico

Antecedentes

Mobius (1877) � biocenose

Forbes (1880) � “Lake as a microcosm”

Elton (1927) � comunidade biótica e cadeia trófica

Shelford (1931) � bioecologia

Tansley (1935) � “ecossistema”

Juday (1940) � caloria como medida dos processos

Arthur Tansley

Ecossistema

“Comunidade vegetal + animal + meio físico”

Raymond Lindeman

Conceito vivo e não-vivo era arbitrário

Energia como integrador

Conceito trófico-dinâmico (1942)

Fluxo de energia e matéria

Relações tróficas

Níveis tróficos:

Quantifica E e eficiência na transferência

Produtores

Consumidores

Decompositores

Raymond Lindeman

Ecossistema

Lago � Pântano � Floresta

Organicista

Ecossistema como unidade ecológica

“As análises dos ciclos de relações tróficas indicam

que uma comunidade biótica não pode ser claramente diferenciada de seu meio ambiente

abiótico; a partir disso o ecossistema deve ser

considerado como a unidade ecológica mais fundamental.”

“O processo fundamental da dinâmica das relações

tróficas é a transferência de energia de uma parte do ecossistema para outra.”

Fundamentals of ecology (1953)

Balanço de energia (Termodinâmica)

Integração de todos os processos (Cibernética)

Vertente holística

Eugene Odum

CTD Lindeman

Feedback

Resiliência

Homeostase

Taxas

Cibernética

Integração vegetal – animal

Integração biocenose – biótopo

(Mobius, Forbes, Elton, Shelford )

(Tansley)

+

Energia, conceito CTD, cibernética

(Juday, Lindeman, Odum)

+

Ecologia de Ecossistemas

=

Fase 2. Enriquecimento teórico e conceitual~ 1950 em diante

Competição e Nicho

Princípio da exclusão competitiva

Comunidade em equilíbrio

1950-1980

Estrutura das comunidades?

Similaridade limite (nicho)

George Hutchinson

Nicho multidimensionalRealizado e fundamental

Por que tantas espécies coexistem?

Pequenas diferenças biológicas?

Décadas 50 e 60

Nicho multidimensional

Robert MacArthur

Estudos com competição

Similaridade limite

Partição de nicho – heterogeneidade ambiental

Estrutura das comunidades

Distribuição de warbles

Robert MacArthur

Estrategistas r e K

Diversidade x estabilidade do ecossistema

Abordagem hipotético-dedutiva

Diversidade, nicho e evolução

Biogeografia de Ilhas

MacArthur & Wilson (1967)

Jared Diamond (1975)

Regras na formação das assembléias

Competição inter-específica

Como um quebra-cabeça

Ambientes insulares

AssemblyRules

Só competição explica?

Acaso

Connor & Simberloff (1979)

Modelos nulos

Contesta assembly rules

Padrões gerados ao acaso

Predação

Regula diversidade de presas

Paine (1966)

Espécie-chave

Distúrbio

Connell (1978)

Hipótese do distúrbio intermediário

Impede dominância competitiva

Facilitação

Bruno et al (2001)

Efeito Allee

Espécie-fundadora

Porque a negligência?

Determina composição e diversidade

Efeito Allee

Espécie fundadora

Não-equilíbrio

Comunidades em não-equilíbrio

Processos estocásticos e históricos

Múltiplos equilíbrios

Instabilidade ambiental

Variação como elemento

1970-1980

Chase 2003

Neutralidade

Teoria NeutraHubbell (1979, 2001)

Equivalência biológicaNicho é desconsiderado

Os mesmos padrões!!!

Acaso!

K

Probabilidade:

b d m

N

Comunidade

Bell (2001)

Neutra

Espécie x Range

Novo Mundo

Austrália

A. Norte

Abundância x gradiente espacial

2 spp.

Neutra

Neutra

Espécie x Área

Neutra

Aves UK

Meta-comunidades

Estrutura espacial

Patch dynamics concept

Diferentes modelos

Escalas maiores

Migração e distúrbio

Pearl (1920)

Nicholson e Lack (1930s)

Populações se ajustam às condições ambientais

Controle denso-dependente

Idéia de populações em equilíbrio

Competição intra-específica

Controle das Populações?

K

Flutuações?

Elton (1930)Populações flutuamNão existe balanço

Andrewartha, Birch & Ehrlich (1950s)

Não existe balanço

Inúmeros fatores, em diferentes escalas

Importância das catástrofes e do meio

Forma simplista de ver o problema

Porque populações flutuam?

Time lag

Estocasticidade ambiental e demográfica

K variável

Estrutura etária

Interações inter-específicas

Robert May

Década de 1970

Modelo logístico simples

Crescimento discreto

Time lag

Comportamentos complexos

Caos determinístico

Teoria do caos

Meta-populações

Levins (1960s) e Hanski (1980s)

Demografia e Migração

Estrutura espacial

Macroecologia

Teoria metabólica

Alometria e tamanho do corpo

Manejo de recursos

Biologia da conservação

Ecologia funcional

Diversidade x estabilidade

Diversidade x func. ecossistema

Mecanismos de controle

Ecologia das invasões

Food webs

Ecologia preditiva

Outras linhas de pesquisa

Elton (1927)

“Ecologia é um nome novo para um assunto muito velho”

Ciência ecológica énova...

História recente

Objeto particular de estudo

Questões particulares

Rica em perspectivas

Metodologia plural

Estrutura conceitual e teórica

Quadro empírico

Institucionalizada