Aula 1 Introdução à Ecologia

Percepções comuns sobre a Natureza

A Natureza tende em direção a um equilíbrio autorregulador quando deixada por si mesma.

Na ausência da presença humana a Natureza existe num estado prístino (idéia de paraíso).

Diretrizes da Ecologia

História natural, Organismo como

unidade fundamental,

Pensamento evolutivo como centro no estudo da Ecologia.

Principais conceitos – Aula 1

1. Introdução: O Âmbito da Ecologia

Ecologia – do grego oikos (casa) e logos (estudo);

Economia - nomia (manejo, gerenciamento);

Logo Economia e Ecologia seriam disciplinas companheiras !

Definições:“Estuda as relações entre os seres vivos e o meio ou ambiente em que vivem, bem como suas recíprocas influências” – Dicionário Novo Aurélio

“É o estudo científico das interações que determinam a distribuição e a abundância dos organismos” – Charles Krebs (não fala de ambiente !) 1972

1. Introdução: O Âmbito da Ecologia

“É o estudo dos padrões na natureza, como eles são formados, como eles se alteram no espaço e no tempo e porque alguns são mais frágeis que outros – Sharon Kingsland

“Prefiro não defini-la. Qualquer definição seria restritiva demais ao escopo deste ramo da ciência” – Ramon Margalef

“Ecologia é o estudo do meio ambiente natural e da relação dos organismos entre si e com o meio que os cerca”.

“Ecologia é a ciência que estuda as condições de existência dos seres vivos e as interações, de qualquer natureza, existentes entre esses seres vivos e seu meio”.

Uma maneira diferente de ver o mundo natural, baseada na interdependência entre os organismos e o ambiente.

1. Introdução: O Âmbito da Ecologia

Palavra ecologia

1a. vez empregada por E. Haeckel (1866) Reconheceu que a inter-relação entre as espécies poderia ser objeto de uma ciência especializada criando o termo ecologia.

1. Introdução: O Âmbito da Ecologia

Relações com outras Ciências:

Biologia Geral, Sistemática, Fisiologia, Morfologia Comparada, Bioquímica, Biofísica, Bioestatística, etc.

Além: Física, Química, Matemática, Informática, Geociências, etc.

Histórico da Ecologia:• Um fato banal verifica que muitas vezes se pratica a ecologia sem saber.

• Homem pré-histórico:

Adquiriu vários conhecimentos empíricos em relação às exigências ecológicas dos seres vivos durante a procura da caça, e das plantas comestíveis, assim como de abrigos onde existisse um microclima favorável.

• Darwin foi um dos pioneiros da ecologia.

Trabalhos: The formation of vegetable mould, 1881 - sobre minhocas. E On the Origin of Species (1859).

Quem enunciou a idéia básica sobre as interrelações entre os organismos.

Histórico da Ecologia:

Malthus (em “Essay on the principle of population”, 1798)

Os indivíduos multiplicam-se em progressão geométrica ao passo que as quantidades de alimentos disponíveis crescem somente em progressão aritmética.

• A partir de 1850 multiplicam-se os trabalhos de inspiração ecológica, sobretudo no campo da botânica.

Humboldt, de Candolle, Engler, Gray

Estuda a ligação funcional entre plantas e animais.

Histórico:

•Forbes estudou a distribuição dos animais no mar Egeu (1843), observa que as diversas zonas de profundidades contêm espécies características, o que põe em evidência o aspecto dinâmico das inter-relações organismos-meio.

• Haeckel introduz o termo ecologia em 1866.

Histórico:

•Möbius introduz o termo biocenose em 1877.

Estudou o relacionamento entre fatores externos e uma comunidade observado através do cultivo de Ostraea edulis fornecendo um novo aspecto na área de estudo de comunidades marinhas.

Ecologia Marinha.

• Na metade do século XIX desenvolveram-se, separadamente, a Ecologia Animal e Vegetal, perdendo-se dessa forma, a idéia sintética inicial. Ao mesmo tempo, surgiu a Ecologia das bactérias, também influenciadas pelas idéias de Darwin.

Histórico:

•No início do século XX, os progressos metodológicos e as informações até então acumuladas permitiram a intensificação da idéia de Darwin e o início da Ecologia Geral.

• Com o desenvolvimento da Cibernética, Termodinâmica e Estatística, a Ecologia recebeu subsídios para estudar a estrutura e a função dos ecossistemas.

Sistemas ecológicos

Variam em escala – desde um micróbio até a biosfera – mas obedecem a princípios semelhantes: Atributos físicos e químicos; Regulação de sua estrutura e função; Mudança evolutiva.

Duas coisas importantes:

Ciência # aplicação, logo

Ecologia (enquanto ciência) # Ciência Ambiental, Biologia da Conservação, etc.

Ciência é o processo, não o conhecimento que gera.

Subdivisões da ecologia:

•Auto-ecologia (Schroter, 1896):

Estuda as relações, indivíduos e seu ambiente.

Define essencialmente os limites de tolerância e as preferências das espécies em face dos diversos fatores ecológicos e examina ação do meio sobre a morfologia, a fisiologia e o comportamento.

Subdivisões da ecologia:

•A dinâmica das populações (Schwertefeger, 1963)

Estuda a população e seu ambiente.

Democologia.

Estuda a comunidade e o seu ambiente.

Sinônimo: Biocenótica (Gams, 1918).

Subdivisões da ecologia:

•Sinecologia (Schroter, 1902):

Estuda a comunidade e o seu ambiente.

Sinônimo: Biocenótica (Gams, 1918).

Pode adotar dois pontos de vistas:

1 - Ponto de vista estático (Sinecologia descritiva)

descreve os grupos de seres vivos existentes em um meio determinado (abundância, freqüência, constância e distribuição espacial das espécies constituídas).

2- Ponto de vista dinâmico (Sinecologia funcional):

dois aspectos:

Descreve a evolução dos grupos e examina as influências que os fazem suceder-se em um lugar determinado.

Estudar os transportes de matéria e energia entre os diversos constituintes de um ecossistemas (Cadeia Alimentar, pirâmides dos números, das biomassas e da energia, de produtividade e de rendimentos - Sinecologia quantitativa).

• Outras: divide-se em três áreas principais:

Sistemas terrestres (espaço de vida da terra e do ar).

Sistemas límnicos (espaço de vida das águas continentais).

Sistemas marinhos (espaço de vida dos oceanos.

Concluindo....

Os ecólogos estudam a Natureza de várias perspectivas diferentes

• A maioria dos métodos reflete três facetas da investigação científica:

a observação e a descrição;

o desenvolvimento de hipóteses ou explicações;

o testes destas hipóteses, freqüentemente com experimentos.

Exemplos:

As medidas de precipitação e crescimento vegetal ao longo de vários anos poderiam revelar uma correlação entre a precipitação e a produção vegetal.

Quando um ecossistema, situação ecológica ou problema tenha sido devidamente definido e delimitado, desenvolve-se hipóteses, ou série de hipóteses, testável que pode ser rejeitada ou aceita, pelo menos tentativamente, enquanto se espera experimentação ou análise adicional.

1.2. Hierarquia de Níveis de Organização

Hierarquia significa “um arranjo numa série graduada”.

Sistema consiste em “componentes interdependentes que interagem regularmente e formam um todo unificado”.

Organismos, populações, comunidades e ecossistemas representam níveis de organização da estrutura e funcionamento ecológicos. Eles formam uma hierarquia de entidades progressivamente mais complexas.

1.2. Hierarquia de Níveis de Organização

Cada nível dá origem a uma abordagem diferente ao estudo da Ecologia. Naturalmente todas as abordagens têm conexões. Dentro destas áreas de sobreposição os ecólogos podem apresentar diversas perspectivas ao estudo de problemas ecológicos particulares.

São cinco as abordagens para o estudo da ecologia: abordagem de organismos; abordagem de população; abordagem de comunidade; abordagem de ecossistemas; e finalmente, abordagem biosfera.

Níveis de organização

Biosfera

Partes distantes da Biosfera são interligadas por trocas de energia e nutrientes através dos movimentos de águas, ventos e dos organismos.

1.2. Hierarquia de Níveis de Organização

•Os ecólogos usam diversas abordagens diferentes para estudar a Natureza, focalizando nas interações dos organismos com seus ambientes, as conseqüências transformações de energia e elementos químicos em ecossistemas e a biosfera, a dinâmica de populações individuais e as interações de população dentro de comunidades ecológicas.

Habitat e Nicho

Habitat Nicho

Local explorado ao desenvolver seu nicho.

O intervalo de condições que um ser vivo pode tolerar e as formas de vida que possui.

Sistemas e Processos Ecológicos

Variação temporal Variação espacial

Dia e noite Progressão sazonal de

temperatura e precipitação

A forma como um organismo ou populações respondem a uma variação temporal depende da frequência do evento.

Clima Topografia Tipo de solo

Princípios físicos e biológicos básicos

Sistemas ecológicos obedecem às leis da Física.

Os sistemas ecológicos existem em estados dinâmicos

Estados estacionários = homeostase.

Sistemas ecológicos evoluem com o tempo.

Sistemas vivos devem gastar energia para se manter.

O Princípio das Propriedades Emergentes

•Definem o porquê do estudo dos níveis hierárquicos. O todo é maior que a soma das partes.• Propriedades, características que surgem apenas quanto todas as partes de um todo são colocadas juntas;

O Princípio das Propriedades Emergentes

. Propriedades emergentes de ecossistemas: fluxo de energia, ciclagem de nutrientes, produção primária líquida.

Recifes de Coral

Propriedades emergentes

O Princípio das Propriedades Emergentes

Definem o porquê do estudo dos níveis hierárquicos. O todo é maior que a soma das partes.

Visão Holística x Visão Reducionista

1.3. Modelos:

Por definição, um modelo é uma formulação que imita uma fenômeno real e pela qual se podem fazer predições.

Podem ser: estatístico ou matemático (formais) para permitir predições quantitativas com um certo grau de confiabilidade.

Os modelos simulados por computadores permitem predizer os prováveis resultados à medida que se mudamos parâmetros ou que se retiram alguns.

Os modelos resumem o que se conhece sobre a situação modelada e assim delimitam os aspectos que necessitam de novos ou melhores dados ou novos princípios.

1.3. Modelos:

Quando um modelo não funciona - quando imita mal o mundo real - as operações computacionais amiúde fornecem indicações sobre os refinamentos ou mudanças necessárias.

Quando um modelo prova ser uma imitação útil, são ilimitadas as oportunidades para experimentação, uma vez que podem ser introduzidos novos fatores ou pertubações para se determinar o seu efeito sobre o sistema.

A modelagem começa, geralmente, com a construção de um diagrama, ou “modelo gráfico”, o qual muitas vezes é um diagrama de compartimentos.

Tipos de diagramas:

Diagrama de compartimento que mostra quatro componentes básicos de interesse principal na modelagem de sistemas ecológicos:

• uma fonte de energia ou outra fonte motriz externa.

• Propriedades, chamadas variáveis de estado pelos analistas dos sistemas.

•Vias de fluxo, que mostram onde os fluxos de energia ou transferências de matérias ligam as propriedades umas às outras e com as forças.

• Interações ou funções interativas, onde as forças e as propriedades interagem para modificar, ampliar ou controlar os fluxos ou criar novas propriedades “emergentes”.

Modelo de compartimentos com um circuito de retroalimentação ou controle que transforma um sistema linear em um parcialmente circular:

• O circuito de retroalimentação poderia representar a predação por organismos “corrente abaixo”. Que reduzem e, portanto, tendem a controlar o crescimento de herbívoros ou plantas “corrente acima”na cadeia alimentar.

Modelo sistêmico geral com um circuito interno de retroalimentação

• O estado do sistema e o seu comportamento ao longo do tempo dependem da interação da entrada externa com a entrada do circuito interno de retroalimentação.

A definição de um bom modelo deveria incluir três dimensões:

o espaço a ser considerado (como são os limites do sistema).

os sub-sistemas (componentes) considerados importantes na função total.

o intervalo de tempo a ser considerado.

A variedade e complexidade dos sistemas ecológicos são compreensíveis em termos de um pequeno número de princípios ecológicos básicos. Entre estes está a idéia de que os sistemas ecológicos são entidades físicas e funcionam dentro de restrições físicas e químicas que governam as transformações de energia. Além disso, todos os sistemas ecológicos trocam matéria e energia com sua vizinhança. Quando as entradas e saídas estão equilibradas, diz-se que o sistema está num estado estacionário dinâmico.

Bibliografia

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Odum, Eugene P. Ecologia. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan S.A, 1988, 434p.

Pinto-Coelho, Ricardo Motta. Fundamentos de Ecologia. Porto Alegre: Artes Médicas Sul, 2000, 252p.

Ricklefs, Robert E. A Economia da Natureza. 5 ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 1996, 470p.

Townsend, Colin R.; Bergon, Michael; Harper, John L. Fundamentos em Ecologia. 2 ed. Porto Alegre: Artmed, 2006, 592p.