CEN0109

ECOLOGIA GERAL

Universidade de São PauloCampus “Luiz de Queiroz”

Centro de Energia Nuclear na Agricultura

Evolução conceitual e definições de

ECOLOGIA e ECOLOGIA DE SISTEMAS

O que é Ecologia?

Origem do termo:

Do grego: Oikos, “casa” ou “lugar para viver” e logos,

“estudo”

Portanto, ECOLOGIA é a ciência que estuda como os organismos

interagem uns com os outros, e com o ambiente abiótico (incluindo

fatores como luz solar, temperatura, umidade, e nutrientes).

Atmosfera

HidrosferaLitosfera

Biosfera

Em outras palavras ecologia é a ciência que busca entender as interações entre

O principal foco da ecologia é entender as interações entre organismos,

populações, comunidades, ecossistemas e com seu meio físico.

Ciência que tem como objetivo

responder perguntas sobre a estrutura

e o funcionamento da natureza

Termo chave: INTERAÇÃO

Ar Água

Terra Vida

Origem:

A Ecologia emergiu como uma área distinta da biologia na virada do

século XX, desenvolvendo rapidamente convensões próprias que a

diferenciaram da biologia

História Natural - Chales Darwin, Ernst Haekel, entre outros

Ambiente físico – Fatores limitantes de Liebig

Demografia – Malthus, Lotka- ecologia de populações

Comunidades- Cowles, Elton, Clements, entre outros

Dinâmica Trófica Bioenergética e Ciclos Biogeoquímicos - Forbes, Hutchinson

Porém, a ecologia de ecossitemas tem suas raízes em estudos:

Aristoteles: primeiro a registrar observações a respeito da

história natural de plantas e animais da terra. Não identifica

claramente as relações dinâmicas e recíprocas entre o meio

biótico e abiótico.

“The History of Animals”, escrito em 350 A.C

Por ~ 2000 anos: não existia a noção de adpatção ou de leis

Primeiro cientista a enfatizar que animais e plantas não estavam

perfeitamente adaptados ao seu ambiente natural, como se

acreditava até então,

Representam somente as formas melhor adaptadas produzidas em

um local particular, em um dado momento, por forças seletivas

que, por sua vez, selecionam aquelas adaptações que são ótimas

para aquelas condições,

Quando as condições (bióticas ou abióticas) mudam, as adaptações

necessitam mudar,

Descreve um ecossitema

1859- Charles Darwin publica

“The origin of species”:

Alguns eventos importantes da teoría ecológica

1866- Ernst Haekel propoe o termo “oecologie” e publica o livro

Generelle Morphologie, trabalho fortemente influenciado pela teoria

de Darwin

1876- Edição inglesa das idéias de Haekel, History of creation,

resalta que na doutrina de Darwin, que a adaptação provia a

natureza com um tipo de lei para explicar as relações ecológicas

1927 – Elton - os conceitos de nicho e cadeia alimentar

1935- Tansley propos o termo ecossistema, para enfatizar a

importância dos intercâmbios dos materiais entre componentes

inorgânicos e orgânicos, bem como entre organismos

• plantas ou produtores primários

capturam a energia e a

transferem aos animais ou

consumidores e aos

decompositores

1942 – Lindeman: sugeriu que a

energia que flui através de um

ecossistema poderia ser usada

como uma forma de quantificar

os papéis dos organismos na

dinâmica trófica.

• A produtividade das plantas limita a quantidade de

consumidores que um ecossistema pode sustentar.

• A energia flui através de um ecossistema associada ao fluxo

de carbono nos processos da fotossíntese, transferências

tróficas e liberação pela respiração.

Portanto,

Howard e Eugene Odum: aprofundaram a abordagem de sistemas para estudar

ecossistemas, enfatizando as propriedades gerais dos ecossistemas, sem

documentar todos os mecanismos e interações subjacentes.

às interações tróficas, ou seja as relações de alimentação

e fluxo de energia e matéria entre organismos

biogeoquímica, ou a influências biológicas nos processos

químicos nos ecossistemas e a ciclagem de elementos.

Muitas linhas do pensamento ecológico contribuíram para o

desenvolvimento da ecologia do ecossistema, incluindo as idéias que se

relacionam:

Considerar o conceito de níveis de organização

Arranjo hirárquico: a interação em cada nível

com o ambiente físico (energia e matéria)

produz sistemas funcionais característicos

Desenvolvimento formal da Teoria Ecológica

Ecologia no século XXI

Universo

Galaxias

Sistema Solar

Planetas

Terra

Biosfera

Ecossitemas

Comunidades

Populações

Organismos

Sistemas de órgãos

Órgãos

Tecidos

Células

Protoplasma

Moléculas

Átomos

Partículas sub-atômicas

Modelo conceitual

hierárquico dos níveis

de organização da

matéria na natureza

(Modif. Miller, 1998)

Sem vida

Limite

Vida

?

Níveis de organização

Arranjo hierárquico: a interação em cada nível com o

ambiente físico (energia e matéria) produz sistemas funcionais

característicos

O Princípio das Propriedades Emergentes

Nível superior constituída dos níveis inferiores

A complexidade é maior nos níveis superiores

Níveis superiores limitam os inferiores

Níveis superiores têm maior influência que os inferiores

Odum, Eugene P. 1964 : analisar a estrutura e função dos níveis

de organização, além daqueles relativos aos indivíduos e

espécies

Ecologia de ecossistemas

Van Dyne, 1966: estudo do desenvolvimento e dinâmica dos

ecossistemas, incluindo as inter-relações entre as estruturas e funções

bióticas e abióticas no nível de ecossistemas e o desenvolvimento de

estratégias de manejo holístico.

Desenvolvimento formal da Teoria Ecológica

Estrutura: componentes do meio físico e biótico do ecossitema

Função: processos resultantes da interação entre os meios físico e biótico

Estrutura abiótica

Estrutura biótica

Funções Propriedades

Luz solar

Temperatura

Precipitação

Água/umidade

Nutrientes

Produtor Primário

Consumidor

Decompositor

Autótrofo

Heterótrofo

Fluxo de Energia

Ciclagem de

nutrientes

Retro-alimentação

Cibernética

Estabilidade

Elasticidade

Complexidade dos sistemas ecológios

Necessidade de uma simplificação ou um modelo conceitual de funcinamento

Herbívoros CarnívorosE Produtores

Decompo-sitores

Respiração

RespiraçãoRespiração

Respiração

Calor

Calor

Calor

Calor Calor

Reserv. deNutrientes

Fluxo de energiaCiclagem de nutrientes

Diagrama funcional de um sistema ecológico (Odum, 1983)

Autótrofos

Fluxo de ESentido único

Fonte de E(funções motrizes)

Entrada de materiais (nutrientes) e organismos

Ciclo e depósito de materiais

Circuito de contrôle por

retroalimentação de E e depósito de

E

Exportação de E armazenada (m.

o. e organismos)

Sumidouro de calor

Exportação de

mateiriais

Heterótrofos

Depósito

Características da teoría ecológica

Sub-sistema empírico central: baseado em pesquisas interdisciplinares

dos ecossitemas, caracterizadas por atividades de medidas

compreensivas, gerando grande quantidade de dados nas últimas

décadas.

Estes dados são usados para integrar, organizar e melhorar o

entendimento das características gerais, dos padrões e das casualidades

das interações dentro e entre ecossistemas.

Assim, a Teoría ecológica é construída por um conjunto hierárquico de

hipóteses ecológicas compreensivas, as quais têm que ser integradas em

um sistema de contextos e princípios coerentes

Hipóteses sobre as interrelações

bióticas, abióticas e

antropogênicas são

frequentemente formuladas como

MODELOS ECOLÓGICOS, os quais

podem ser calibrados e validados

através do uso de medidas

empíricas.

Portanto, modelos são uma

ferramenta importante para o

entendimento dos fenômenos

ecológicosCaráter integrador: para explicar as interações entre os diferentes

atores agindo no ecossitemas, é necessário incorporar e integrar

conhecimentos de outras áreas

Química Física

Ciências do solo GeociênciasCiências aquáticas

ECOLOGIA DE ECOSSITEMAS

Ciências Biológicas

Ciê

ncia

s s

istê

mic

as C

iên

cia

s h

um

an

as

Ecologia Vegetal Ecologia Animal

Biogeoquímica

Ecologia de microrganismos MetereologiaBioquímica

Ecotoxicologia

Matemática aplicada

Computação

Modelagem ecológica

Química do solo

Física do solo

Biologia do solo

GeologiaGeomorfologia

Ecologia de paisagens

Ecologia marinha

Ecologia de água doce

Hidrologia

Termodinâmica

Biofísica

Economia de recursos

Economia ecológica

Sociologia ecológica

Raízes disciplinárias da ecologia de ecossitemas como uma função da interdisciplinaridade, integração e caráter holísticoMulle, 1997

ABORDAGENS EM ESTUDOS ECOLÓGICOS

Dois grandes grupos:

1- Ecologia teórica: baseada na biologia das espécies

2- Teoría Geral dos sistemas: baseada na análise de sistemas, busca o

entendimento dos processos

Divisões convencionais da ecologia:

Autoecologia: indivíduos e espécies

Demecologia: populações

Sinecologia: comunidades

Ecologia de ecossitemas: mais novo ramo da ecologia

Como estas abordagens se relacionam?

Indivíduos

Ambiente

Espécies distintas

Mesmas espécies

Ambiente fisiológico

Tempo

Espaço

Eventos importantes que originaram a teoria ecológica moderna

Análise de ecossitemas lacustres: informações básicas,

desenvolvimento metodológico e teórico, novos dados.

Forbes (1887), Elton (1927), Thienemann (1939) e Juday

(1940).

Fundamento da ecologia energética:

Conceito de dinâmica trófica como função

da transferência de energia entre os

componentes de um ecossitema, Lindeman

(1942)

Herbívoros CarnívorosE Produtores

Decompo-sitores

Respiração

Respiração Respiração

Respiração

Calor

Calor

Calor

Calor Calor

Reserv. deNutrientes

Princípios da ecologia de paisagens (Troll, 1939)

Publicação do livro sobre fundamentos em ecologia por Eugene

Odum em 1958. Abordagem funcional

Ecoenergética como um conceito fundamental da análise do

ecossistema (Odum, 1971, 1983)

Uso de modelos como ferramenta de análise dos

ecossitemas (Pattenm 1971, 72, 75; Jorgensen, 1988, entre

outros)

area

hare births hare deaths

hare

density

hare birth

fraction

lynx

births

lynx

deaths

lynx birth

fraction

Hares

Lynx

~

hares killed

per lynx

~lynx death

fraction

one time lynx harvestsize of 1 time

lynx harvest

Eventos importantes que originaram a teoria ecológica moderna

(continuação)

Desenvolvimento das técnicas de sensoriamento

remoto e Sistemas de Informações Geográficas

(1970)

Eventos importantes que originaram a teoria ecológica moderna (continuação)

Desenvolvimento dos conceitos de estabilidade e equilíbrio:

MacArtur, 1955; Margalef, 1963 e May, 1973

Primeiros projetos de pesquisa utilizando o conceito de ecossitema:

Silver Springs (Odum, 1957) e Hubard Brook (Likens e Bormann,

1973)

Estudos do integrados de ecossistemas de importância global: Antartica, Amazônia,

Tundra

Pesquisas hoje: análise de sistemas

Entender a estrutura e a dinâmica das interelações em redes de interações

entre os componentes bióticos e abióticos em ecossitemas representativos

do globo. Ex.: Boreas, LBA, seca floresta, sava-flux

Analisar as relações entre as propriedades emergentes e coletivas do

ecossistema, tal como diversidade, estabilidade, produtividade e

capacidade de auto-organização

Integrar o conhecimento científico e o monitoramento ambiental em um

sistema de informação ambiental que permita o desenvolvimento de

estratégias de manejo sustentável associadas a uma avaliação holística do

ecossitema

Todos estes estudos utilizam como arcabouço conceitual

a Teoria Geral dos Sistemas