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FUNDAMENTOS DE ECOLOGIAAula nº 3

Prof. Luís Chícharo

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NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO EM ECOLOGIA

AUTOECOLOGIA(organismos)

DEMOECOLOGIA(populações)

SINECOLOGIA(comunidades)

Complexidade

Interrelações FACTORES AMBIENTAIS

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NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO EM ECOLOGIA

AUTOECOLOGIA

DEMOECOLOGIA

SINECOLOGIA

Complexidade

Interrelações

FACTORES AMBIENTAIS

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AUTOECOLOGIA

DEMOECOLOGIA

SINECOLOGIA

Complexidade

Interrelações

Espécie A

Espécie B

FACTORES

AMBIEN

TAIS

NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO EM ECOLOGIA

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CLASSIFICAÇÃO DOS FACTORES ECOLÓGICOS

Factores bióticos e abióticos

Factores dependentes e independentes da densidade

Condições e Recursos

Ex: A salinidade não depende da densidade dos peixes num aquárioEx: O oxigénio dissolvido depende da densidade dos peixes num aquário

Ex: A taxa de predação da população de raposas depende da densidade da população de lebres

Ex: temperatura no interior da colmeia - factor abiótico?

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CLASSIFICAÇÃO DOS FACTORES ECOLÓGICOS

Condições e Recursos

Factor ambiental abiótico que varia no tempo e no espaço masque pode ser alterado pela presença de organismos

Tudo o que é consumido pelos organismos" (Tilman, 1982)

Ex: a luz é consumida pelas plantas para produção de biomassaEx: a toca de um esquilo ao ser utilizada não possibilita a sua utilização para outro fim por outro animal pelo que a toca é "consumida" (recurso)

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INFLUÊNCIA DOS FACTORES ECOLÓGICOS

eliminam as espécies das zonas com ambientes não favoráveis

determinam a distribuição espacial e temporal das espécies

►

►

► modificam as taxas de natalidade e de mortalidade

condicionam a abundância das espécies

favorecem a ocorrência de modificações adaptativas

determinam o sucesso das espécies (extinção e especiação)

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TIPO DE INFLUÊNCIA DO FACTOR ECOLÓGICO NO DESEMPENHO DAS ESPÉCIES

1 – factor ecológico afecta o desempenho de forma contínua,entre níveis extremos Ex. temperatura e pH.

3 – Influência reduzida do factor é essencial para o desempenho mas é negativa em intensidades elevadas. Ex. P.ex. NaCl (animais) e micronutrientes Zn, Mg..

(plantas)

2 – influência do factor ecológico só afecta desempenhoem valores de intensidade elevados Ex. toxinas, poluentes

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MÉTODOS PARA ANÁLISE DO DESEMPENHO DAS ESPÉCIES

► métodos morfométricos

Ex: relação peso/comprimento; peso das estruturas rígidas/peso total

► métodos histológicos

Ex: diâmetro e estrutura das células do tubo digestivo

► métodos bioquímicos

Ex: triglicerídeos/colesterol; DNA/mg peso seco; RNA/DNA

► métodos fisiológicos

Ex: taxas filtração, taxas excreção, “scope for growth”

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MÉTODOS FISIOLÓGICOS – “SCOPE FOR GROWTH”

The scope-for-growth (SFG) of an animal is the portion of assimilatedenergy used for secondary production after maintenance requirementsare met.

The SFG can be calculated as the difference between absorption (A), and the sum of the respiration (R) and excretion (U) [SFG = A -(R+U)].

Scope-for-growth estimates appear to be suitable for comparisons ofeffects of various culture conditions on animals.

(Adaptated from: Saoud and Anderson, 2004)

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MÉTODOS FISIOLÓGICOS – “SCOPE FOR GROWTH”

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MÉTODOS FISIOLÓGICOS – “SCOPE FOR GROWTH”

Se em má condição ou num ambiente com stress, as taxasde respiração e excreção são mais elevadas, consumindomais energia e deixando menos disponível para a reprodução e crescimento.

Como consequência, esta espécie sujeita a este impacto, cresce e reproduz-se menos (altera a sua abundância), a sua área de distribuição é eliminada ou reduzida (altera a distribuição), ou sofre modificações adaptativas.

Taxas fisiológicas indicammetabolismo e evidenciam a existência de fluxos de matériae energia

ENERGIA

MATÉRIA

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Cada ser vivo apresenta, face aos diversos factores ecológicos, limites de tolerância, entre os quais se situa o óptimo ecológico

LEI DA TOLERÂNCIA (SHELFORD, 1911)

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AMPLITUDE DA TOLERÂNCIA VALÊNCIA ECOLÓGICA

AMPLO

REDUZIDO

EURI…..

ESTENO…..

EURITÉRMICOEURIHALINO

ESTENOTÉRMICOESTENOHALINO

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FACTOR ECOLÓGICO LIMITANTE: LEI DO MÍNIMO(LEIBIG, 1840)

“O crescimento (dos vegetais) é limitado pelo elemento cuja concentração é inferior ao valor mínimo (abaixo do qual não existe

crescimento)”.

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Inventory of Water Total amount ofwater: 1,385,990.5 x 1015 kg

Data from Chahine, 1992, The hydrological cycle and its influence on climate, Nature, v. 359, p. 373-380;

CICLO DA ÁGUAEstimated Flows of Water in

the Global Water CycleFlows given in units of 1015

kg/year

Residence times

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CICLO DA ÁGUA: INTERVENÇÃO HUMANAPer Capita Water Use in 1987

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CICLO DO CARBONO

Estimated major stores of carbon on theEarth.

AQUECIMENTO GLOBAL

“CARBON SEQUESTRATION”

3000 m

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CICLO DO CARBONO: INTERVENÇÃO HUMANA

Seasonalvariation

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1 Pg C = 1 x 1015 g C

“CARBON SEQUESTRATION”

3000 m

CICLO DO CARBONO: INTERVENÇÃO HUMANA

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CICLO DO FÓSFORO

Risco de eutrofizaçãoRisco de eutrofização

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CICLO DO AZOTO

ncycle.exe

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TRANSFERÊNCIA DE MATÉRIA E ENERGIA NOS SISTEMAS ECOLÓGICOS

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TRANSFERÊNCIA DE MATÉRIA E ENERGIA: LEIS DA TERMODINÂMICA

2nd law of thermodynamics - a tendency toward entropy or maximum disorganization of structure and maximum dissipation of utilizable energy – mínimaexergia (Rudolf Clausius and William Thomson (Lord Kelvin), mid. XIX)

1st law of thermodynamics - the energy can neither be created nor destroyed(Julius Robert Mayer, 1842)

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Life-processes consume the exergy in the energy.

EXERGIA E PROCESSOS BIOLÓGICOS

Exergy - thermodynamic concept expressing energy or biomassquality in an Ecosystem (Jørgensen & Mejer, 1979):

Exergy is dependent on the structural complexity of the biomass or its quality

Specific Exergy (SpEx) -Exergy per biomass unity

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where Ci is biomass of a certaintaxonomic or functional groupand βi is the genetic informationon it (DNA).

EXERGIA : “QUALIDADE” DOS ECOSSISTEMAS

∑=

=1i

iiCEx β

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INTEGRAÇÃO ENTRE VÁRIAS ESFERAS? TERRA UM SUPER-ORGANISMO?

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HIPÓTESE DE GAIA: BIOSFERA CONTROLA O CLIMA

James Lovelock, 1979

“Gaia is a complex entity involving theEarth’s biosphere, atmosphere, oceans, and soil;

the totality constituting a feedback of cybernetic system which seeks an optimal physical and chemical

environment for life on this planet”

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HIPÓTESE DE GAIA : EVIDÊNCIA 1

N (<3%) CO2 (95%)No oxygen

atmosphere inchemical equilibrium

N (77%), CO2( 0.03%)21% Oxygen

atmosphere not inchemical equilibrium

N (<2%) CO2 (95%)No oxygen

atmosphere inchemical equilibrium

MARSEARTHVENUS

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HIPÓTESE DE GAIA : EVIDÊNCIA 2

Gephrocapsa sp, one of many species ofcoccolithophorids living in the ocean

DMS dimethyl sulphide

CCN cloud-condensation nuclei

Coccolithophorids in theBering Sea

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HIPÓTESE DE GAIA : MODELO DAISYWORLD

Daisyworld is a very simple planet that has only two species of life on its surface -- whiteand black daisies. The planet is assumed to be well-watered, with all rain falling at night sothat the days are cloudless. The atmospheric water vapor and CO2 are assumed to remainconstant, so that the greenhouse of the planet does not change. The key aspect ofDaisyworld is that the two types of daisies have different colors and thus different albedos. In this way, the daisies can alter the temperature of the surface where they are growing

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HIPÓTESE DE GAIA : MODELO DAISYWORLD

black daisies absorb more heat white daisies reduce TºC

optimum interval

Coevolution of climate and vegetation at increasing (red) and decreasing (blue) insolation. T0 is the global temperature of the corresponding planet without vegetation

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MODELO DAISYWORLD

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MODELO DAISYWORLD

No site:http://library.thinkquest.org/C003763/flash/gaia1.htm

Podem ser feitas simulações do “Planeta das Margaridas”

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O que foi falado nas últimas aulas:

Níveis de organização em ecologiaClassificação dos factores ecológicosInfluência dos factores ecológicos nos organismosInfluência do factor ecológico no desempenho das espécies Métodos para análise do desempenho “performance” das espécies Lei da tolerância de Shelford (1911)Valência ecológicaLei do Mínimo (Leibig, 1840)Circulação da matéria e energia nos sistemasLeis da termodinâmicaExergia e processos biológicosCiclos biogeoquímicos: água, carbono, azoto, fósforoA Hipótese de Gaia