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FUNDAMENTOS DE FUNDAMENTOS DE ECOLOGIAECOLOGIA

LuLuíís Chs Chíícharocharo

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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

TAISNÍVEIS 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 NOS ORGANISMOS E ESPÉCIES

eliminam as espécies das zonas com ambientes não favoráveis

determina a distribuição espacial e temporal das espécies

►

►

► modificam as taxas de natalidade e de mortalidade

condiciona a abundância das espécies

favorecem a ocorrência de modificações adaptativas

determina o sucesso das espécies

(extinção e especiação)

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INFLUÊNCIA DO FACTOR ECOLÓGICO NO DESEMPENHO DAS ESPÉCIES

1 –

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

2 –

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

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)

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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 assimilated energy used for secondary production after maintenance requirements are 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)].

Protocols were developed for SFG determinations.

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

(Adaptated from: Saoud and Anderson, 2004)

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MÉTODOS FISIOLÓGICOS – “SCOPE FOR

GROWTH”

12

MÉTODOS FISIOLÓGICOS – “SCOPE FOR

GROWTH”

Se em má condição ou num ambiente com stress, as taxas de respiração e excreção são mais elevadas, consumindo mais 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 indicam metabolismo e evidenciam a existência de fluxos de matéria e 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

Apesar de tolerarem alguma variação dos factores , a amplitude em que suportam essa variação depende das espécies e do seu grau de adaptação às condições do local.

Espécies de zonas com poucas variações são menos tolerantes a variações ambientais do que espécies de zonas com maior variabilidade, como as zonas de estuários.

As espécies com limites de tolerância superiores aos limites de variação do factor não são limitadas por esse factor e diz-se que apresentam uma valência

ecológica

elevada.

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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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TRANSFERÊNCIA DE MATÉRIA E ENERGIA NOS SISTEMAS ECOLÓGICOS

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TRANSFERÊNCIA DE MATÉRIA E ENERGIA: LEIS DA TERMODINÂMICA

2nd law of thermodynamics2nd law of thermodynamics - a tendency toward entropy or maximum disorganization of structure and maximum dissipation of utilizable energy – mínima exergia (Rudolf Clausius and William Thomson (Lord Kelvin), mid. XIX)

1st law of thermodynamics1st 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

biomass quality

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

20

where

Ci

is

biomass

of

a certain taxonomic

or

functional

group

and βi

is

the

genetic

information

on

it

(DNA).

EXERGIA : “QUALIDADE” DOS ECOSSISTEMAS

∑=

=1i

iiCEx β

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Inventory

of

Water

Total amount

of water: 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

22

CICLO DA ÁGUA: INTERVENÇÃO HUMANAPer Capita Water Use in 1987

23

CICLO DO CARBONO

Estimated

major stores

of

carbon

on

the

Earth.

AQUECIMENTO GLOBAL

24

CICLO DO CARBONO: INTERVENÇÃO HUMANA

Seasonalvariation

25

1 Pg

C = 1 x 1015 g C

“CARBON SEQUESTRATION”

3000 m

CICLO DO CARBONO: INTERVENÇÃO HUMANA

26

CICLO DO FÓSFORO

Risco

de eutrofização

27

CICLO DO AZOTO

28

INTEGRAÇÃO ENTRE VÁRIAS ESFERAS? TERRA UM SUPER-ORGANISMO?

29

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

VENUS EARTH MARS

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

atmosphere in chemical equilibrium

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

atmosphere not in chemical equilibrium

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

atmosphere in chemical equilibrium

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HIPÓTESE DE GAIA : EVIDÊNCIA 2

Gephrocapsa

sp, one

of

many

species

of

coccolithophorids

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

--

white

and

black

daisies. The

planet

is

assumed

to be

well-watered, with

all

rain

falling

at

night

so

that

the

days

are cloudless. The

atmospheric

water

vapor and

CO2 are assumed

to remain

constant, so

that

the

greenhouse

of

the

planet

does not

change. The

key

aspect

of

Daisyworld

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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Sumário aula nº 2

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