7 escala

Escala, padrões e processos

Pós-Graduação em Ecologia de EcotonosUFT

Fernando M. Pelicice

Como identificar e explicar o fenômeno ecológico?

Padrões“eventos que repetem, entidades recorrente, relações replicadas, ou trajetórias uniformes ou erráticas observadas no tempo ou no espaço”

Processos“um conjunto de fenômenos no qual eventos seguem subseqüentemente no tempo e espaço. Eles podem estar causalmente conectados ou não.”

Fenômeno“Qualquer evento observável, entidades, ou relações de interesse ao ecólogo.”

Picket et al. (1994)

Processos

Fenômenos

Padrões

Natureza & Percepção

Percepção

Espaço e tempo

Processos ecológicos

● Eventos que produzem fenômenos, estrutura e padrões

● Causas e mecanismos

● Evocados para explicar padrões

FENÔMENOS E PADRÕES

ECOLÓGICOS

EspeciaçãoDispersão

Competição

EutrofizaçãoDistúrbio

Estocasticidade

Produção primária

Qualidade hábitat

Forças locais

Forças regionais

ESPAÇO

Presente Passado

TEMPO

COMUNIDADE ECOLÓGICA

Processos

Locais

Interações bióticas

Meio físico-químico

Distúrbios

Regionais

Dispersão

Clima

Geomorfologia

Distúrbios

(ESPAÇO)

Hoeinghaus et al (2007)

Processos

Presente

Interações bióticas

Meio físico-químico

Invasão

Passado

Histórico das forças

História biogeográfica

Especiação

(TEMPO)

Clima

Harrison et al (2006)

Local/presente

Regional/presente

Processos

Passado

Forças locais

Forças regionais

ESPAÇO

Presente Passado

TEMPO

COMUNIDADE ECOLÓGICA

Determinismo local

• Forças locais determinantes

• Forças atuando no presente

• Comunidades com elevado grau de determinismo

Chase (2003)

Luiz et al. (2004)

Pelicice et al. (2010)

Bini & Thomaz (2005)

Chase (2003)

História de invasão?

Chase (2003 - modificado)

História do ambiente?

Environ

ment1

Environment 1

Environment 1

Chase (2003 - modificado)

História do ambiente?

ABC

ABC

ABC

Forças locais

Forças regionais

ESPAÇO

Presente Passado

TEMPO

COMUNIDADE ECOLÓGICA

Escala espaço-temporal

Escala Escala

Regional - presente

Regional - passado

Local - presente

Local - passado

Regional - presente

Regional - passado

Luiz et al (2004)

Luiz et al (2004)

Hoeinghaus et al (2007)

Hoeinghaus et al (2007)

Moerke & Lamberti (2006)

Moerke & Lamberti (2006)

Rajaniemi (2006)

Vegetação em dunas - Israel (Mediterrâneo)

Cornnell & Lawton (1992)

Enriquecimento regional

Saturação local

7 9

95

13 15

1012

25 27

2823

17 19

2022

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40

SR Regional

SR

Lo

ca

l

10 17

25 35

7 9

95

13 11

1012

15 14

1413

14 15

1213

10 17

25 35

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40

SR Regional

SR

Lo

ca

l

Cornnell (1985)

Caley & Schluter (1997)

Caley & Schluter (1997)

Griffiths (1997)

Huston (1999)

Huston (1999)

Limitação ambiental

Exclusão competitiva

Booth & Swanton (2002)

Ejrnaes et al. (2006)

Main effects: Composição

Oberdorff et al. (1997)

Tedesco et al. (2005)

Harrison et al. (2007)

Willis & Whittaker (1997)

“Portanto, variáveis que melhor explicam a riqueza de espécies numa escala espacial local ou numa escala temporal recente podem não ser as mesmas que explicam a riqueza em escalas espaciais regionais ou escalas temporais mais longas.”

Willis & Whittaker (1997)

Harrison et al. (2008)

Harrison et al. (2006)

Processos locais

Processos regionais

Padrões na comunidade

Escala espacial

Percepção e padrões

Problema da escala?

Padrões“eventos que repetem, entidades recorrente, relações replicadas, ou trajetórias uniformes ou erráticas observadas no tempo ou no espaço”

Picket et al. (1994)

Identificando padrões

• Ordem, estrutura e relações

• Dependem da escala (tempo/espaço)

• Dependem da percepção humana

MacArthur (1960)

McGill (2006)

Dewdney (2003)

Gaston (2000)

Gaston (2000)

Soininen et al. (2007)

ISAAC NEWTON(1642 – 1727)

TEMPO & ESPAÇO

Absoluto

Relativo

Dependência com a escala

● Padrões dependem de atributos da escala

●Mesmas relações com tendências opostas

● Razão para confusão

Produtividade

Diversi-dade

?

Local 1 Local 2

Local 3

Moore & Keddy (1989)

Escala de site

withinvegetation

Escala de região

betweenvegetation

Waide et al. (1999)

Waide et al. (1999)

Chase & Leibold (2002)

Diversidade

Invasão

?

Resistência biótica

Aceitação biológica

Shea & Chesson (2002)

Escala de site

Escala local (350 cm2)

Levine (2000)

Stohlgren et al. (2006)

Knight & Reich (2005)

Escala de mancha (1m2)

Escala de paisagem (1ha)

Stohlgreen et al. (2008)

Invasão de plantas

Área

Diversi-dade

?

Inglaterra

Localidade (Broken Hill)

Rosenzweig (1995)

Crawley & Harral (2001)

Tempo

Diversi-dade

?

Knoll (1986)

Rosenzweig (1995)

50 M.a.

400 M.a.

22 anos

1 ano

Outros padrões...

anos

Composição

séculos

Composição

Não-equilíbrio?

Equilíbrio?

0

300

600

900

1200

1500

1800

a1 a10 a19 a28 a37

Anos

Co

mp

os

içã

o

0

10

20

30

40

50

60

a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10

Anos

Co

mp

os

içã

o

Mcgarvey & Ward (2008)

Sale & Douglas (1984)

Bellwood & Hughes (2001)

Escala de mancha

Escala continental

Caley & Schluter (1997)

1

23

4

5

6

7

verde vermelho

local 1 0 1

local 2 1 0

local 3 0 1

local 4 1 0

local 5 0 1

local 6 1 0

local 7 0 1

1

2

3

4

verde vermelho

local 1 1 0

local 2 0 1

local 3 1 0

local 4 0 1

1

2

3

4

verde vermelho

local 1 1 1

local 2 1 1

local 3 1 1

local 4 1 1

Porque existe dependência?

● Natureza complexa dos processos

● Natureza complexa da observação

Processos complexos...

Processos

Múltiplos

Multi-escalares

Atravessam escalas

Processos locais

Processos regionais

Padrões na comunidade

Escala espacial

Willis & Whittaker (1997)

A

A

B

B

C

C

FATORES NÍVEL DE ATUAÇÃO EXEMPLOS

Regionais

Locais

Micro-escala

-clima, geologia, flutuações dos níveis de água, área do reservató- rio e “pool” de espécies

- braços

- estandes

- estado trófico, declividade, características do sedimento e “fetch”

- interações interespecíficas(competição, predação eparasitismo) e heterogeneidadedo sedimento em micro-escala

- reservatório como um todo

Chuva ácida, contaminação do rio

principal

Eutrofização, contaminação do

tributário

Erosão das margens, desmatamento

Wiens (1989)

Níveis de organização

Átomos

Objetos físicos

Universo

Leis de Newton

Forças nucleares

(escala espacial)

Relatividade geral

Leis da química

Observação complexa...

Percepção do fenômeno

Grain

Extensão

Wiens (1989)

grain

extent

grain

grain

α

diversidade

β

Wiens (1989)

extensão

α

diversidade

β

Domínios de escala

● Intervalos na escala com comportamento característico

● Predominância de processos particulares

● Domínios separados por transições abruptas

Wiens (1989)

generalização

??

Smith et al. (2005)

Escala versusprevisibilidade

● Baixa previsão em escalas menores (caótico)

● Dependência entre escala e previsão

● Variação é suavizada (averaged) em escalas maiores

Levin (1992)

Planeta Terra

cm, m, ha

Wiens (1989)

1 coleta

5 anos de coleta

“Essa é a principal técnica da investigação científica: ao mudar a escala de descrição, nós mudamos de casos individuais imprevisíveis e únicos, para conjuntos de casos no qual o comportamento é regular o suficiente para permitir que generalizações sejam feitas.”

Levin (1992, p. 1947)

Como escolher a escala certa?

● natureza do objeto em estudo

● questão a ser respondida

Dibble et al. (2006)

McAbendroth et al. (2005)

Dibble et al. (2006)

Kotliar & Wiens (2006)

“; cada indivíduo e cada espécie experimenta o ambiente num intervalo único de escalas, e então responde à individualistamente àvariabilidade. Portanto, nenhuma descrição de variabilidade e previsibilidade do ambiente faz sentido sem referência ao intervalo de escalas que é relevante ao organismo ou processos sendo examinados. ”

Levin (1992, p. 1959)

“Deve-se reconhecer que a descrição do sistema varia com a escolha da escala; que cada espécie, incluindo a espécie humana, amostrará e experimentará o ambiente em um intervalo único de escalas; e que, mais do que tentar determinar a escala correta, nós devemos simplesmente entender como a descrição do sistema muda através das escalas.”

Levin (1992)

“O problema de relacionar fenômenos através da escala é o problema central na biologia e em todas as ciências. Estudos multi-escalares são fundamentais para complementar estudos tradicionais conduzidos em escalas mais estreitas de espaço, tempo e complexidade organizacional... ”

Levin (1992, p. 1961)

Vamos restaurar... Qual o ponto de referência?

15.000 a.C.

1492 1800 1900